물만 있으면 영구적으로 움직이는「물 먹는 새」로 발전하는 시스템이 등장, 불과 100ml의 물로 50시간 가동

 
 
물로 채워진 컵을 놓아두면, 내부의 액체의 움직임으로 반영구적으로 머리를 계속 흔드는 장난감이 「물 먹는 새」 입니다. 南華工科大学(남화공과대학) 연구팀이 이 물 마시는 새를 이용해 소형 전자기기에 전력을 공급하는 발전 시스템을 개발했다고 발표했습니다.

Drinking-bird-enabled triboelectric hydrovoltaic generator: Device
https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(24)00108-X

An electricity generator inspired by the drin | EurekAlert!

An electricity generator inspired by the drinking bird toy powers electronics with evaporated water

물 먹는 새는 2개의 유리구를 1개의 관으로 연결한 구조를 하고 있는 입상입니다. 유리구의 내부에는 착색된 디클로로메탄의 액체가 들어가 있고, 진공이기 때문에 비어 보이는 부분에는 기화된 디클로로메탄이 가득 차 있습니다. 이 유리관에는 회전축과 2개의 다리가 붙어 있습니다.

물 먹는 새 앞에 물컵을 놓아두면 어떻게 움직이는지, 아래의 영상을 보면 알 수 있습니다.

[HD 60FPS] 2 Dippy Drinking Birds - 1 HOUR - YouTube

 

물 먹는 새가 반영구적으로 머리를 움직이는 원리는 이렇습니다.

1 : 두부(위의 유리구)보다, 액화한 디클로로메탄이 쌓여 있는 동체(아래의 유리구)가 더 무겁기 때문에, 물 마시는 새는 수직으로 서 있다.
2 : 머리 쪽의 천으로 된 주둥이를 물로 적시면 물이 증발하면서 기화열을 빼앗는다.
3 : 머리 쪽의 온도가 낮아지기 때문에 머리의 디클로로메탄 증기가 응집됨.
4 : 머리의 기압이 떨어지고 몸통에 있던 디클로로메탄 액이 빨려 올라감.
5 : 디클로로메탄액이 머리 쪽으로 이동하여 머리가 무거워지고 물 먹는 새가 앞으로 기울어짐.
6 : 물 먹는 새가 전방으로 기울어지면, 주둥이가 컵의 수면에 닿음.
7 : 몸통의 유리관 끝이 몸통에 쌓여있는 액면 밖으로 나오면 몸통에 쌓여있던 디클로로메탄의 기체가 머리로 흘러감.
8 : 동시에 머리 쪽으로 빨려 올라갔던 디클로로메탄 액체가 다시 동체로 흘러 들어가 동체가 무거워짐.
9 : 물 마시는 새가 수직으로 돌아감. 이후 1로 돌아와 반복.

남화공과대학의 하오우 교수는 물 마시는 새를 통해 물의 증발을 전기로 변환할 수 없을까 착상하고, 마찰 대전(서로 다른 재료를 마찰함으로써 액체, 고체의 경계에서의 상호 간섭에 의해, 또는 액체, 가스체의 경계의 파괴 등에 의해 반대 부호의 전하가 기계적으로 나뉘는 것)을 이용한 발전 시스템 DB-THG를 고안했습니다.

DB-THG가 어떤 시스템인지는 아래 영상을 보면 잘 알 수 있습니다.

DB-THG powering 20 LCDs (Credit: Device, Wu Zheng Qin et al) - YouTube

시판되는 물 먹는 새를 끼우는 2장의 원반이 장착되어 있어, 이 원반에는 마찰 대전을 일으키는 소재가 장착되어 있습니다. 그리고 화면 왼쪽에는 액정 패널이 20장 놓여 있습니다.

물 마시는 새가 물을 마십니다.

디클로로메탄액이 몸통에 흘러 들어갔다가 머리가 들어오면 전하가 이동하여 액정 패널이 모두 표시됩니다.

연구팀에 따르면 실온 24도 · 상대습도 20%±5%에서 실시된 실험에서 DB-THG는 불과 100ml의 물로 50시간이나 동작했다고 하며, 최대 전압도 100V를 기록했다고 합니다. 


교수님 쫌 멋진데요?

또한, 액정 패널 외에 온도계나 계산기 등의 소형 전자 기기도 DB-THG로 동작시키는 데 성공했다고 연구팀은 보고하고 있습니다.

연구팀은 상업용 물 먹는 새가 아닌 물의 증발을 전기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있는 새로운 물 먹는 새를 설계하는 것을 앞으로의 과제로 하고 있습니다.