겨울철 외출을 위해 털이 복슬복슬한 스웨터를 입다가 따끔한 정전기로 불쾌했던 경험은 누구나 한번쯤 있을 것이다.

이렇듯 정전기는 일상생활에서 당혹스럽거나 피하고만 싶은 대상이었다.

그런데 최근 웨어러블 기기의 등장으로 자가발전장치인 나노발전기가 주목을 받으면서, ‘골칫거리였던’ 정전기가 재조명되고 있다.

나노발전기는 배터리 교체나 외부충전이 필요 없는 반영구적 전원장치이기 때문에, 무선 네트워크 등에 장착되는 각종 센서나 웨어러블 기기를 위한 미래 대체전원으로서 큰 기대를 모으고 있다.

자가발전장치인 나노발전기를 주도했던 기술흐름이 압력을 활용하는 ‘압전형’기술에서  정전기를 활용하는 ‘마찰형’기술로 변화하고 있는 것으로 나타났다.

특허청(청장 최동규)에 따르면, 나노발전기 관련 특허는 최근 5년간(‘12~’16.9) 총 382건 출원됐고 이중 ‘마찰형’이 111건, ‘압전형’은 243건으로 조사됐다.

출원비중은 압전형이 64%로 크나, 분야별 출원추이는, ‘마찰형’의 특허출원이 ‘12년 0건에서 ’15년 42건으로 급증세를 보이고 있다. 반면 ‘압전형’은 ‘12년 78건에서 ’15년 39건으로 급감한 것으로 나타났다.

이것은 ‘마찰형’이 ‘압전형’ 보다 제작이 상대적으로 용이할 뿐만 아니라 발전소자의 구조를 제어함으로써 더 큰 출력을 얻을 수 있기 때문으로 풀이된다.

나노발전기는 크게 두 가지로 구분되는데, 압전소자에 미세한 압력을 가하면 전기가 발생하는 압전효과를 이용하는 ‘압전형’과 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 정전기가 생기는 정전효과를 이용하는 ‘마찰형’이 있다.

특허출원이 급증하고 있는 ‘마찰형’ 나노발전기의 최근 5년간(‘12~’16.9) 세부 출원 동향을 살펴보면, 학계 출원이 73%로 산업계 출원(9%)을 압도하고 있는 것으로 조사되었다.

이는 현재의 ‘마찰형’ 나노발전기 기술수준이 바로 상용화가 가능한 단계까지는 도달하지 않았음을 시사한다.

또한, 내국인 출원 비중은 96%에 달하며, 국내 출원을 기반으로 한 국제 출원 비율은 9%에 불과한 것으로 나타났다. 개발초기 단계로서 각국에서 해외 특허확보 전략이 부재한 지금이 우리에게 기회가 될 수 있음을 고려할 때, 아쉬운 대목이다.

그리고, 마찰면적 증대를 위한 발전소자의 물리적 구조나 배치와 관련된 출원은 90%인데 반해, 발전소자의 소재 자체에 대한 출원은 10%에 불과하는 등, 원천적인 연구는 부족한 것으로 파악되었다.

네트워크 장비회사인 시스코에 따르면, 사물 인터넷(IoT)의 발달로 ‘20년까지 수조(trillions) 개의 센서들이 지구 곳곳에 설치될 것으로 예측되는바, 자가발전장치에 대한 수요도 그만큼 폭증할 것으로 보인다.

특허청 성백문 전력기술심사과장은 “이제 우리 산업계도 ‘마찰형’ 나노발전기의 시장 잠재력에 주목하여 앞서 연구역량을 축적한 각 대학의 산학 협력단 등 학계와 손잡고 적극적인 특허확보 전략을 수립하여 추진해 나갈 필요가 있다”고 밝혔다.

리서치뉴스 손영신 시민기자