스마트 의류 / 사진. KIST

주변 환경이나 외부의 자극을 스스로 감지하고 스마트 폰을 활용해 온도를 조절하는 등 패션에 정보기술(IT)을 결합한 스마트 의류 제품이 출시되면서 기존의 이차전지가 아닌 새로운 에너지원에 대한 관심도 높아지고 있다.

사람이 활동하면서 발생하는 마찰이나 땀에 함유된 포도당을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 기술이 대표적이다. 하지만 마찰전기 섬유는 습도에 취약해 주변의 습기나 인체의 땀에 의해 전력 효율이 낮아지는 문제가 있고, 땀 전지는 발생 전력이 작아 활용이 어려웠다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전자재료연구센터 송현철 박사팀과 장지수 박사팀이 공동연구를 통해 마찰전기 섬유와 땀 전지 섬유를 직조해 다양한 습도 조건에서도 전기를 발생시키는 새로운 형태의 스마트 의류용 섬유 기술을 개발했다고 밝혔다. 사람이 활동할 때 발생하는 마찰뿐만 아니라 마찰전기 섬유의 전력 효율을 저하하는 습기와 땀까지 에너지원으로 활용하여 두 마리 토끼를 잡는 셈이다.

KIST 연구진은 탄성중합체와 혼합된 용질(설탕)을 녹이는 간단한 제조 공정을 통해 마찰전기 섬유의 마찰 표면적을 증가시켜 에너지 효율을 향상시켰다. 또한 땀 전지 섬유에 이온 염(ionic salt) 및 파릴렌(parylene-C)을 코팅해 발전 성능을 향상시키고 비대칭 습윤성을 유지하도록 했다. 이후 이들 섬유를 직조방식으로 결합해 습기에 취약한 마찰전기 섬유와 전력 효율이 낮은 땀 전지 섬유의 한계를 극복한 스마트 의류용 기능성 섬유를 개발했다.

연구진은 마찰전기 섬유 1개와 땀 전지 섬유 36개(3개 병렬, 12개 직렬)로 구성된 의류용 섬유 두 개를 연결해 배터리 없이 인체의 움직임과 땀으로부터 위치 추적 센서(3 V, 7~20 mA)를 구동하는 데 성공했다.

이 스마트 의류용 기능성 섬유는 단순한 코팅 공정과 직조 기술만으로도 대면적, 대량 생산이 가능해 제작 단가와 공정시간을 획기적으로 절감할 수 있다. 또한, 10회 이상의 반복적인 세탁 이후에도 전기에너지 발생 특성이 유지해 상용화 가능성이 높다.

KIST 송현철 박사는 “이번에 개발한 기술은 의류형 전자기기 및 웨어러블 디바이스 전분야에 활용 가능하지만, 특히 소방관, 군인, 산악인 등 극한 환경에서 활동하는 종사자들을 위한 전원공급원으로 적용이 기대된다”고 밝혔다. 또한 “스마트 의류에 적용해 다양한 신체 정보들을 제공해주는 센서로 활용하기 위한 추가 실험도 진행 중이다”라고 밝혔다.