습한 공기로 전기 만든다

문광주 기자 / 기사승인 : 2020-06-11 13:06:32
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습도 높은 곳에 서로 다른 금속 노출시키면 전위차 발생.
아연과 스테인레스 스틸은 최대 1Volt 생성. 상대습도 60% 에서도 작동.
개발도상국에서 간편하고 재생가능 에너지원으로 기대.

습한 공기로 전기를 만든다?
습도 높은 환경에서 서로 다른 금속 사이에 전위차 발생


바람이 잘 통하는 충전 :
습기가 많은 공기에 두 개의 서로 다른 금속을 노출 시키면 공기 습도에서 전기를 얻을 수 있다. 연구 결과에 따르면 공기중의 작은 물방울이 한 금속에서 다른 금속으로 전하를 운반하고 전위차를 발생시킨다. 현장 테스트에서 아연과 스테인레스 스틸로 만들어진 ‘배터리’는 1볼트의 전압을 생성했다.

▲ 습한 공기와 금속은 전압을 발생시킬 수 있다.


6월 초순 제주도에 장마전선이 들어섰다는 일기예보가 있다.

여름이 들어섰다. 습도와의 싸움이 시작됐다는 의미다.  

습한 공기를 매우 생산적인 것으로 활용하는 연구가 보고됐다.

이들은  번개가 칠 때마다 습한 공기가 충전될 수 있음을 가볍게 보지 않았다.

 
번갯불은 구름과 전하 사이에서 전하 차이가 발생하기 때문에 플래시가 발생한 것이다.
습한 공기 속 물방울은 많은 양의 금속을 운반 할 수 있다.  

실제로 1843년도에 한 작업자가 금속 표면이 수증기로 채워진 방에서 강한 감전을 겪은 사고가 처음 있었다.

전하 운반체로서의 물방울

텔 아비브 대학의 주디 락스(Judi Lax)와 그녀의 동료들은 이 현상이 실제로 어떻게 사용될 수 있는지 시연하고 있다. 연구원들은 습한 공기에서 표면이 정전기를 잃는 것으로 알려져 있다. "이전 실험은 또한 일부 금속이 50% 이상의 상대 습도에 노출될 때 자발적으로 충전될 수 있는 것으로 나타났다."

이 효과는 이온이 금속 표면에서 공기 중의 작은 물방울로 또는 그 반대로 통과 할 수 있기 때문에 발생한다. 금속의 유형에 따라 일부 표면은 양으로 대전되고 다른 표면은 음으로 대전된다. 연구원의 아이디어는, 이와 관련하여 가능한 한 다른 두 금속을 결합하면 전하 차이가 전압을 생성하기에 충분히 클 수 있다.

습한 공기로 충전된 금속

실험을 위해 연구원들은 크롬 도금 황동으로 만든 실린더에 다양한 금속 샘플을 넣고 습도가 높아지는 곳에 노출시켰다. 그들은 전위계를 사용하여 금속과 실린더의 전하를 측정했다.
Lax의 동료 콜린 프라이스(Colin Price)는 “공기가 건조할 때 전압이 없었다”고 말했다. "그러나 상대 습도가 60% 이상으로 상승하자마자 두 절연 된 금속 표면 사이에 전위차가 발생하기 시작했다.“

전압은 스테인레스 스틸, 아연 및 알루미늄에서 가장 높았다.
이 금속의 경우 0.8~0.9 볼트에 도달했다. 이 효과를 극대화하기 위해 과학자들은 다음과 같은 종류의 배터리를 제작했다. 그들은 종이로 분리된 아연 시트와 스테인레스 스틸 시트를 서로 위에 놓고 전체를 단단한 나선형으로 감았다. 그런 다음 다시 습한 공기에 노출시키고 전압을 측정했다.

아연 / 스테인레스 스틸 조합으로 1볼트 생성

"아연과 스테인레스 스틸로 만들어진 비대칭 커패시터는 자발적으로 1볼트의 전압에 도달했다"고 Lax와 동료들은 보고했다. 연구소의 지붕에서 열린 현장 조건하에서 3일 동안 진행된 추가 테스트에서 이 ‘배터리’를 테스트할 때 간단한 금속 롤에서도 이러한 전압이 발생했다.

"이것은 이 전하 축적이 공기습도가 60% 이상인 한 정상적인 환경 조건에서도 작동한다는 것을 증명한다." 이러한 조건은 대부분의 밤에는 더운 지역에서도 충족되며, 많은 해안 지역에서는 낮 동안에도 습도가 이 범위에 있는 경우가 많다.

▲ 습한 공기에서 아연-스테인레스 스틸로 생성된 전압. © Lax et al./ Scientific Reports, CC-by-sa 4.0


재생 에너지원으로서의 잠재력

과학자들은 이 현상이 실제 적용에 적합 할 수 있다고 말했다.
“공기의 수증기를 통해 충전되는 배터리를 개발할 수 있다. 1.5볼트 배터리는 이미 쓰임새가 많다." 더 높은 전압을 생성하기 위해 이 수증기 배터리를 가장 잘 결합하는 방법이 여전히 명확해야 한다. 그들은 그러한 배터리에서 잠재력을 보고 있다.

프라이스는 “예를 들어 많은 지방 자치 단체가 아직 전력망에 연결되어 있지 않은 개발 도상국에서 재생가능하고 쉽게 이용할 수 있는 에너지원이 될 수 있다”고 설명했다.

(Scientific Reports¸2020; doi: 10.1038/s41598-020-64409-2)
출처 : Tel Aviv University

[더사이언스플러스=문광주]

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