[김성재 교수]

(대전=연합뉴스) 이은파 기자 = 국내 연구진이 액체에서 전류 흐름 현상의 원인을 규명해 초고전력 나노막 전기화학장치를 개발할 수 있는 가능성을 열었다.

한국연구재단은 서울대 전기정보공학부 김성재 교수 연구팀이 전기정보·신소재·화공·기계 등 다학제간 협업연구를 통해 액체에서 새로운 전류 흐름 현상의 원인을 밝혀냈다고 15일 밝혔다.  

나노막 전기화학장치는 머리카락 두께 100분의 1 이하의 얇은 막에 전기를 연결해 전기화학 반응을 유도하는 장치, 즉 전기를 생산하는 배터리나 소모하는 담수화장치를 말한다.

마이크로채널 내부를 흐르는 전류. 액체 내부를 흐르는 전류는 전기이중층을 따라
흐르는 표면 전류와 전해질 유체 중심을 흐르는 대류 전류로 나뉘며, 시스템의
크기에 따라 표면 전류가 지배적임을 증명함

연구팀은 이번에 액체의 흐름을 관측할 수 있는 나노유체역학장치를 이용, 액체를 통해 흐르는 전기가 액체 내부는 물론 고체 표면을 따라 흐르는 현상을 규명했다.

이런 결과는 액체 내 전기흐름을 다루는 장치에서 액체와 접촉하는 고체 표면적을 증가시킴으로써 장치의 전기적 효율이 대폭 증가하는 메커니즘으로 응용될 수 있다.

액체에서 전류흐름의 원리를 보면 액체가 흐르면서 고체에 접촉할 시 액체와 고체가 닿는 계면에 나노미터 수준의 얇은 전기 이중층이 형성된다. 이때 전류는 액체로 흐르는 것과 전기 이중층 내부로 흐르는 것으로 구분된다.

나노 구조물이 포함된 나노유체역학 장치. 마이크로미터 크기의 액체관과 나노막이 복합적으로 연결된 장치.
두 개의 액체관이 나노 구조물로 연결되어있으며 그림2(b)는 현미경으로 관찰한 사진.

센티미터(㎝) 이상의 일반적 크기에서는 발생하는 전기 이중층의 두께가 매우 얇아서 표면적으로는 대부분 액체로 흐르는 것처럼 보인다.  

그동안 관련 분야 연구자들은 전기 이중층 내부를 통해 흐르는 전류의 세기에 주목했지만, 그 전류량과 강도에 대한 실험적 증거를 찾지 못했다.

김 교수 연구팀은 이번에 나노유체역학 장치를 효율적으로 제작해 계면을 따라서 전기 이중층 내부로 흐르는 전류량이 액체 중심을 통과하는 전류량보다 지배적이란 사실을 실험적으로 증명함으로써 액체를 통한 전류의 새로운 통로를 밝혀냈다.

김 교수는 "전기가 잘 통하는 액체도 나노구조물 내에서는 반도체로 활용될 수 있다는 사실을 이번 연구를 통해 입증했다"며 "전기를 생산하는 배터리나 소모하는 담수화장치 등의 전기적 효율을 향상시킬 수 있는 기술로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 물리학 분야 권위지 '피지컬 리뷰 레터스' 3월 16일자 온라인판에 실렸다. 


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