MIT.허공에서 전력수확…온도공명(Thermal Resonation.)활용 ㅡ제베크효과발전. 그래핀활용.초전기(pyroelectricity)구현.IoT센서에무한전력공급

(제베크효과)

 

MIT 연구팀, “허공에서 전력 수확”…IoT 센서에 무제한 전력 공급

 

온도 변화는 자연스럽게 일어나는 일이지만, MIT 연구팀은 이를 이용해 IoT 센서에 전력을 제한없이 공급하는 방법을 개발했다.

 

MIT 연구팀은 이 주목할 만한 개념을 온도 공명(Thermal Resonation)이라고 부르는데, 비슷한 개념을 개발했던 이전의 과학적 시도와는 달리 극히 유연하다는 것이 특징이다. 연구팀은 배터리나 햇빛이 필요한 태양광 패널 없이 허공에서 전력을 수확할 수 있다고 주장한다.

 

실험에서 약 1.3mW의 전력을 생성했는데, 아주 적은 용량의 전기이지만 일부 커뮤니케이션 장비를 가동하기에는 충분하다는 것이 연구팀의 설명이다. MIT 교수이자 이번 발명에 참여한 마이클 스트라노는 “이런 온도 변동 주기는 무제한의 전력원이다”라며, “마치 책상에 앉아서 아무 것도 없는 데서 전력을 만들어내는 것과 같다”라고 설명했다.

 

연구팀은 화씨 18도 정도의 온도 변화를 이용하는 실험적인 파워 서플라이를 만들었는데, 이는 세계 어디에서나 일어나는 낮과 밤의 일교차를 모방한 것이다. 중요한 것은 현실 세계의 조율성이다. 이런 온도차는 매일 매일 일어나는 일교차를 통해 얻을 수 있기 때문에 IoT 센서의 전력원으로 이상적이다.

 

전도체의 한쪽 면이 연결된 다른쪽과 온도가 다를 때 전력을 생성하는 기본적인 열전기 디바이스는 오래 된 것이다. 제베크 효과라고 부르는 것으로, 1787년 발명됐다. 이 개념은 금속의 차가운 면과 뜨거운 면을 짝 지우면 평형 상태로 돌아가려는 성질을 이용한다.

 

하지만 MIT 연구팀이 개발한 시스템은 차고 뜨거운 재료가 필요 없으며, 주변 공기를 이용하기 때문에 이론적으로는 한 번 구현하고 나면 잊어버려도 된다. 연구팀은 “새 시스템은 일교차와 같은 특정 주기의 온도 변화에 반응하도록 조정할 수 있는 최초의 시스템”이라며, “이 시스템은 원격 센서 시스템을 수년 동안 지속적으로 동작하도록 할 수 있다”고 설명했다. 전통적인 제베크 효과를 능가하는 효율성과 초전기(pyroelectricity)라는 또 하나의 개념을 구현했는데, 여기에는 빠른 전도를 위해 그래핀의 이점을 이용하는 등 첨단 재료를 사용했다.

 

IoT가 탄력을 받으면서 이런 전력 수확 기술의 개발에 대한 관심도 커지고 있다. 기존 전력망과 떨어져 접근하기 힘든 곳에 있는 수십억 대의 디바이스에 전력을 공급하는 것은 쉽지 않은 과제이다. 태양광 패널도 방안으로 거론되지만, 밤에는 작동하지 않는다. 풍력 역시 바람이 잠잠해지면 동작하지 않는다. 하지만 일교차는 항상 발생하기 때문에 한층 더 지속적인 전력원이 될 수 있다.

 

연구팀은 “일교차는 구름이나 바람, 기타 다른 환경 조건에 의한 단기적인 변화에 영향을 받지 않으며, 어디에서나 일어난다”라고 강조했다. editor

 

 

원문보기:

http://www.itworld.co.kr/news/108485#csidx7d9535acd77343aa30d604d82ab020b

 

 

 

ㅡㅡㅡ

 

 

두개의 서로 다른 금속도선의 양끝을 연결하여 폐회로를 구성하고 양단에 온도차가 주면 두 접점사이에 전위차가 발생한다. 이를 열전현상(Thermo-electric Effect)이라 부르고 이 때 발생한 전위차를 열기전력이라고 한다.

 

이러한 열전현상은 양단간의 온도차를 이용하여 기전력을 얻어내는 제베크 효과, 기전력으로 냉각과 가열을 하는 펠티에효과, 도체의 선상의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 톰슨효과로 나눌수 있다.

 

열전현상을 처음 발견한 사람은 1821년 독일의 물리학자 T.J.Seebeck으로 제베크효과(Seebeck Effect) 라고도 한다.

 

서로 다른 2개의 전도물질로 이루어진 한 회로에서 그 2개의 전도물질 간의 접촉점들에 다른 온도를 가해주면 전류 또는 전압이 발생하는 것. 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하는 열흐름이 전류를 발생시킨다.

 

1834년에 프랑스의 장 샤를 아타나스 펠티에는 또 하나의 중요한 열전현상을 발견했는데 그것은 다른 도체로 이루어진 회로를 통해 직류전류를 흐르게 하면, 전류의 방향에 따라 서로 다른 도체 사이의 접합의 한쪽은 가열되는 반면, 또다른 한쪽은 냉각되는 현상이다. 이를 '펠티에 효과(Peltier Effect)'라고 한다.

 

1854년 윌리엄 톰슨은 기존의 펠티에 효과와 제베크 효과가 서로 연관된 것임을 밝혀내고 이들사이의 상관관계를 정리하였다.

 

이 과정에서 단일한 도체로 된 막대기의 양 끝에 전위차가 가해지면 이 도체의 양 끝에서 열의 흡수나 방출이 일어날 것이라는 톰슨 효과(Thomson Effect)를 발견하였다.