피에조아이오닉 효과는 전해질에 담긴 물체에 기계적 압력을 가했을 때 물체 내에서 일어나는 이온 이동현상이다.
공동연구팀은 전해질의 특성을 결정하는 이온에 주목, 염화이온을 기반으로 하는 다양한 염화물에서 이온 특성과 수중 자가발전기의 에너지 생성 상호관계를 분석했다.
그 결과 이온전도도가 높을수록 수중 자가발전 성능이 우수하다는 사실을 확인했다.
또 밀도범함수이론을 접목해 수화된 이온의 구조적 강도가 낮을수록 성능이 우수하다는 것도 확인했다.
특히 분자동역학 시뮬레이션을 통해 외부압력이 가해졌을 때 이온 입·출입 상황을 정확하게 모사함으로써 피에조아이오닉 효과를 분자 스케일에서 재확인하는 데도 성공했다.
이로써 이온이 존재하는 모든 전해질 환경에서 이온의 종류 및 농도에 따라 수중 자가 발전기의 기계적 진동수를 제어, 최적의 성능을 갖는 맞춤형 발전기 설계 원천기술을 확보하게 됐다.
다양한 전해질 환경 맞춤형 하베스터 디자인. 한국생산기술연구원 김 선임연구원은 “수중 자가발전기는 물이 있는 곳이면 어디든 에너지를 만들 수 있어 잠재력이 큰 반면 설계기술 부재로 실제 적용에는 한계가 있었다”며 “그동안 규명하지 못했던 이온현상을 실험과 계산으로 파악할 수 있어 해양에너지 발전뿐 아니라 의류형, 인체삽입형 등 다양한 환경맞춤형 수중 자가발전기 개발이 가능해졌다”고 설명했다.
