KR20220086206A - Triboelectric energy harvester available for wearable device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 웨어러블 디바이스에 사용가능한 마찰전기 에너지 저장소자(triboelectric energy harvester)로서, 제1 유전체 소재로 이루어지며, 서로 이격 배치되는 다수개의 시리즈로 마련된 제1 마찰전기 부재를 포함하는 제1 기판층과, 상기 제1 기판층에 대면하여 슬라이딩 가능한 제2 기판층과, 상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 기판층으로부터 전자를 수집하고, 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 커패시터를 포함하는 마찰전기 에너지 저장소자를 제공한다.One embodiment of the present invention is a triboelectric energy harvester usable in a wearable device, comprising a first triboelectric member made of a first dielectric material and provided in a plurality of series spaced apart from each other. A first substrate layer, a second substrate layer slidable to face the first substrate layer, and each of the first triboelectric members to collect electrons from the first substrate layer, and use the collected electrons to generate electrical energy It provides a triboelectric energy storage device comprising a capacitor for storing.
Description
본 발명은 마찰전기 에너지 저장소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨어러블 디바이스에 사용가능한 마찰전기 에너지 저장소자에 관한 것이다.The present invention relates to a triboelectric energy storage element, and more particularly, to a triboelectric energy storage element usable in a wearable device.
오늘날 환경 문제가 대두되면서, 오염물질이 발생하지 않는 친환경적 에너지에 대한 수요가 급증하고 있다.As environmental problems arise today, the demand for eco-friendly energy that does not generate pollutants is rapidly increasing.
한편, 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 산업이 주목을 받으면서 수많은 센서가 사용되고 있다. 이러한 센서의 대부분은 지속적으로 특정 현상을 감지해야하기 때문에, 지속적인 전력공급이 필요하다. 이에 최근 친환경적인 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 기술이 각광받고 있으며, 마찰전기 발전기는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 전환할 수 있는 에너지 하베스팅 기술의 일종이다.Meanwhile, as the Internet of Things (IoT) industry receives attention, numerous sensors are being used. Since most of these sensors need to continuously detect a specific phenomenon, a continuous power supply is required. Accordingly, an eco-friendly energy harvesting technology has recently been in the spotlight, and a triboelectric generator is a kind of energy harvesting technology that can convert mechanical energy into electrical energy.
마찰전기 에너지 발전소자는 기존의 태양전지, 풍력, 연료전지 등과 같은 에너지와는 달리 주변에 존재하는 미세진동이나 인간의 움직임으로부터 발생된 소모성의 기계적 에너지를 전기에너지로 무한히 추출할 수 있는 새로운 개념의 친환경 에너지 발전 소자에 해당한다. 이러한 정전유도 현상을 이용한 에너지 변환 방식은 변환 효율이 크고 소형 및 경량화가 가능하며 나노기술과의 융합을 통하여 획기적인 기술 도약을 이끌 새로운 기술로 평가받고 있으며 응용분야에 대한 파급효과가 큰 기술로 평가받고 있다.Unlike conventional energy such as solar cells, wind power, and fuel cells, a triboelectric energy generator is a new concept eco-friendly that can infinitely extract consumable mechanical energy generated from micro-vibration or human movement in the vicinity as electrical energy. It corresponds to an energy generating device. The energy conversion method using this electrostatic induction phenomenon has high conversion efficiency, is compact and lightweight, and is evaluated as a new technology that will lead a breakthrough technology through convergence with nanotechnology, and has a large ripple effect on the application field. have.
한국 공개특허공보 제10-2017-0040347호("마찰 접촉의 대전 효과에 의한 백 게이트 전계 효과 트랜지스터", 공개일 2017.04.12.)는 이러한 마찰전기를 이용한 기술 중 하나이다. 구체적으로 선행문헌과 같은 마찰전기 발전이란, 서로 다른 대전 서열을 가진 두 물질이 접촉하면 접합부에서 정전기 유도현상에 따른 전기 쌍극자(electric dipole)가 형성되어 발전하는 방식으로, 단순히 접촉과 분리가 반복되어 발전할 수 있어 별도의 오염물질이 발생하지 않고 전기적 에너지를 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 발전 효율이 부족하여 상용화되고 있지 않은 실정이다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0040347 (“Backgate Field Effect Transistor by Charging Effect of Frictional Contact”, published on April 12, 2017) is one of these technologies using triboelectricity. Specifically, triboelectric power generation as in the prior literature is a method in which, when two materials with different charging sequences come into contact, an electric dipole is formed according to the electrostatic induction phenomenon at the junction to generate electricity. Although it has the advantage of being able to generate electricity and obtaining electrical energy without generating additional pollutants, it is not commercially available due to insufficient power generation efficiency.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 직류 형태의 마찰전기가 연속적으로 발생하므로 에너지 저장 효율 또는 전기에너지 공급 효율을 향상시킬 수 있는 웨어러블 디바이스에 사용가능한 마찰전기 에너지 저장소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a triboelectric energy storage element that can be used in a wearable device capable of improving energy storage efficiency or electric energy supply efficiency since triboelectricity in the form of direct current is continuously generated.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 웨어러블 디바이스에 사용가능한 마찰전기 에너지 저장소자(triboelectric energy harvester)로서, 제1 유전체 소재로 이루어지며, 서로 이격 배치되는 다수개의 시리즈로 마련된 제1 마찰전기 부재를 포함하는 제1 기판층과, 상기 제1 기판층에 대면하여 슬라이딩 가능한 제2 기판층과, 상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 기판층으로부터 전자를 수집하고, 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 커패시터를 포함하는 마찰전기 에너지 저장소자를 제공한다.In order to achieve the above technical object, an embodiment of the present invention is a triboelectric energy harvester usable in a wearable device, made of a first dielectric material, and provided in a plurality of series spaced apart from each other. A first substrate layer including one triboelectric member, a second substrate layer slidable to face the first substrate layer, and each of the first triboelectric members to collect electrons from the first substrate layer; , to provide a triboelectric energy storage device comprising a capacitor for storing electrical energy through the collected electrons.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고, 상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들과 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들 및 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer is made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and is formed into a plurality of series spaced apart from each other. It further includes a second triboelectric member provided, wherein the capacitor is connected to each of the first triboelectric members and the second triboelectric members, and is formed from the first triboelectric members and the second triboelectric members. It may include a first capacitor for storing electrical energy through the collected electrons.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고, 상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와, 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer is made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and is formed into a plurality of series spaced apart from each other. A second triboelectric member further comprising a provided second triboelectric member, wherein the capacitor comprises: a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members; A second capacitor connected to each of the second triboelectric members may further include a second capacitor configured to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 제2 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 포함하고, 상기 제1 유전체 소재와 제2 유전체 소재는 서로 상이한 소재이며, 상기 제1 마찰전기 부재와 제2 마찰전기 부재는 교호 배치될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer is made of a second dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and provided in a plurality of series spaced apart from each other. a second triboelectric member, wherein the first dielectric material and the second dielectric material are different from each other, and the first triboelectric member and the second triboelectric member may be alternately disposed.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와, 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the capacitor includes: a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members; A second capacitor connected to each of the electrical members to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members may be further included.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 상기 제1 마찰전기 부재들 및 상기 제2 마찰전기 부재들 각각의 하부에 형성되는 전극을 더 포함하고, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는 각각에 대응하는 전극에 전기적으로 연결되어, 연결된 전극을 통해 전자를 수집할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer further includes an electrode formed under each of the first triboelectric members and the second triboelectric members, and the first capacitor and the second triboelectric member The capacitor may be electrically connected to an electrode corresponding to each, and collect electrons through the connected electrode.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 절연층을 더 포함하고, 상기 제1 마찰전기 부재 및 상기 제2 마찰전기 부재는 상기 절연층 상에 배열될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer may further include an insulating layer, and the first triboelectric member and the second triboelectric member may be arranged on the insulating layer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 기판층은, 유전체 소재로 이루어지는 제3 마찰전기 부재와, 상기 제3 마찰전기 부재의 상부에 형성되는 제3 전극을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the second substrate layer may include a third triboelectric member made of a dielectric material and a third electrode formed on the third triboelectric member.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 웨어러블 디바이스에 사용가능한 마찰전기 에너지 저장소자(triboelectric energy harvester)로서, 제1 유전체 소재로 이루어지며, 서로 이격 배치되는 다수개의 시리즈로 마련된 제1 마찰전기 부재를 포함하는 제1 기판층과, 상기 제1 기판층에 대면하여 슬라이딩 가능한 제2 기판층과, 상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 기판층으로부터 전자를 수집하고, 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 커패시터와, 상기 제1 기판층으로부터 발생된 전자의 흐름에 따른 전기 신호를 정류함에 따라 직류 성분의 전기 신호를 출력하는 정류기를 포함하는 마찰전기 에너지 저장소자를 제공한다.In order to achieve the above technical object, another embodiment of the present invention is a triboelectric energy harvester usable in a wearable device, made of a first dielectric material, and provided in a plurality of series spaced apart from each other. A first substrate layer including one triboelectric member, a second substrate layer slidable to face the first substrate layer, and each of the first triboelectric members to collect electrons from the first substrate layer; , a triboelectric energy storage device comprising a capacitor for storing electrical energy through the collected electrons, and a rectifier for outputting an electrical signal of a DC component as an electrical signal according to the flow of electrons generated from the first substrate layer is rectified to provide.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 커패시터에 저장되는 전기 에너지를 측정하는 센서를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a sensor for measuring electrical energy stored in the capacitor may be further included.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고, 상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들과 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들 및 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer is made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and is formed into a plurality of series spaced apart from each other. It further includes a second triboelectric member provided, wherein the capacitor is connected to each of the first triboelectric members and the second triboelectric members, and is formed from the first triboelectric members and the second triboelectric members. It may include a first capacitor for storing electrical energy through the collected electrons.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고, 상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와, 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer is made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and is formed into a plurality of series spaced apart from each other. A second triboelectric member further comprising a provided second triboelectric member, wherein the capacitor comprises: a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members; A second capacitor connected to each of the second triboelectric members may further include a second capacitor configured to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 기판층은, 제2 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 포함하고, 상기 제1 유전체 소재와 제2 유전체 소재는 서로 상이한 소재이며, 상기 제1 마찰전기 부재와 제2 마찰전기 부재는 교호 배치될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first substrate layer is made of a second dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and provided in a plurality of series spaced apart from each other. a second triboelectric member, wherein the first dielectric material and the second dielectric material are different from each other, and the first triboelectric member and the second triboelectric member may be alternately disposed.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와, 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the capacitor includes: a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members; A second capacitor connected to each of the electrical members to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members may be further included.
본 발명의 실시예에 따르면, 직류 형태의 마찰전기가 연속적으로 발생하므로 에너지 저장 효율 또는 전기에너지 공급 효율을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since triboelectric electricity in the form of direct current is continuously generated, energy storage efficiency or electric energy supply efficiency can be improved.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, but it should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the description or claims of the present invention.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.
도2는 도1과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자의 저장 패턴 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 제4실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 유전체 소재로 마련되는 제1 마찰전기 부재와 제2 마찰전기 부재에 의해 발생된 마찰전기를 측정한 그래프이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스에 사용가능한 마찰전기 에너지 저장소자의 회로도이다.1 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a simulation result of a storage pattern of a triboelectric energy storage device according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. 1. Referring to FIG.
3 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a second embodiment of the present invention.
4 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a third embodiment of the present invention.
5 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating measurements of triboelectric electricity generated by a first triboelectric member and a second triboelectric member made of different dielectric materials according to an embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram of a triboelectric energy storage element usable in a wearable device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, coupled)” with another part, it is not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 설명하는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자는 IoT 센서를 이용하는 웨어러블 디바이스에 사용되는 저장소자로서, 예컨대 스마트 의류 등에 설치될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The triboelectric energy storage device according to various embodiments of the present invention described below is a storage device used in a wearable device using an IoT sensor, and may be installed, for example, in smart clothing.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.1 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a first embodiment of the present invention.
일 실시예인 도1 (a)를 참조하면, 본 발명의 마찰전기 에너지 저장소자는, 제1 기판층(100), 제2 기판층(200), 커패시터(300), 절연층(400), 피복층(500)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 (a) which is an embodiment, the triboelectric energy storage device of the present invention includes a
여기서, 제1 기판층(100)은 제1 마찰전기 부재(110)와, 제1 전극(111)을 포함하여 구성될 수 있다.Here, the
본 실시예에 따른 제1 마찰전기 부재(110)는 제1 유전체 소재로 이루어지며, 서로 이격 배치되는 다수개의 시리즈로 마련될 수 있다. 상기 제1 마찰전기 부재(110)는 제1 유전체 소재로 이루어질 수 있다.The first
일 실시예에 따른 제1 마찰전기 부재(110)는 플렉서블(flexible)한 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리에스터(polyester)계 물질, 나일론(nylone), 불소수지계열 물질, 폴리테트라 플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 불소화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylene propylene, FEP), 강유전 및 압전특성을 갖는 폴리비닐덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF), P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE), PTO, BTO, BFO, KNbO3, ZnO, ZnSnO3, GaN, Gytop, Al2O3, TiO2, PbMgNbO3-PbTiO3,(PMN-PT), PbLaZrTiO3, BaSrTiO3 또는 고유전(high dielectric) 물질로 이루어질 수 있다. 제1 마찰전기 부재(110)는 외력에 의해서 제3 마찰전기 부재(210)와 접촉되고 분리되면서 제3 마찰전기 부재(210)와 마찰전기 시리즈 값(triboelectric series)의 차이로 인해 마찰전기를 발생시킬 수 있다.The first
그리고, 제1 전극(111)은 제1 마찰전기 부재(110)의 하부에 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 전극(111)은 금속계열의 금, 은, 알루미늄, 크롬 등의 금속계열로 마련될 수 있고, 전도성을 갖는 ITO, 전도성 폴리머 물질이 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 전도성을 가지는 물질이라면 어떠한 물질로도 구현 가능하다.In addition, the
제2 기판층(200)은 제1 기판층(100)에 대면하여 슬라이딩 가능한 기판층으로서, 유전체 소재로 이루어지는 제3 마찰전기 부재(210)와, 제3 유전체 층 상부에 형성되는 제3 전극(230)을 포함하여 구성될 수 있다.The
일 실시예에 따른 제3 마찰전기 부재(210)는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있다. 제3 마찰전기 부재(210)는 제1 마찰전기 부재(210)와 같이 플렉서블한 소재로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명의 제3 마찰전기 부재(210)는 이에 한정되지 않고, 제1 마찰전기 부재(110)와 마찰전기 시리즈 값이 다른 소재라면 얼마든지 변경 가능하다.The third
일 실시예에 따른 제3 전극(230)은, 제3 마찰전기 부재(210)의 상면에 배치될 수 있다. 제3 전극(230)은 제1 전극(111)과 동일한 소재이거나 동일하지 않은 소재로 형성될 수 있다.The
제1 전극(111) 및 제3 전극(230)은 전기가 흐를 수 있는 전선 등과 같은 배선(350)에 의해서 전기적으로 연결될 수 있으며, 제3 전극(230)이 제1 마찰전기 부재(110)와 접촉 및 분리되는 경우, 상기 배선(350)에 전기가 흐를 수 있다.The
제1 마찰전기 부재(110)는 제3 전극(230)보다 전기음성도가 더 큰 재질로 형성될 수 있고, 이에 따라 제3 전극(230)과 제1 마찰전기 부재(110)가 서로 접촉되면 전기음성도가 더 큰 제1 마찰전기 부재(110)는 음전하로 대전되고, 제1 마찰전기 부재(110)에 비해 전기음성도가 더 작은 제3 전극(230)은 양전하로 대전될 수 있다.The first
커패시터(300)는 제1 마찰전기 부재(110)와 제3 마찰전기 부재(210)의 접촉과 분리가 반복되면, 제1 마찰전기 부재(110)와 제3 마찰전기 부재(210)의 마찰전기 시리즈 값의 차이로 인해 발생하는 마찰전기 에너지를 수집할 수 있다.When the contact and separation of the first
본 발명의 실시예에 따른 커패시터(300)는 배선(350)을 통해 제1 기판층(100)과 연결될 수 있다. 커패시터(300)는 제2 기판층(200)의 슬라이딩 동작에 따라 제1 기판층(100)에 발생되는 전자를 수집하고, 수집한 전자를 통해 전기 에너지를 저장할 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 커패시터(300)는 서로 이격 배치되어 있는 제1 마찰전기 부재(110)들 각각의 하부에 위치하는 복수의 제1 전극들(111)과 연결되어, 각 전극들(111)로부터 상술한 바와 같은 제2 기판층(200)의 슬라이딩 동작에 따라 발생된 마찰전기 에너지를 수집하여 저장할 수 있다.The
절연층(400)은 제1 전극(111)을 절연하는 역할을 하며, 비전도성, 즉, 제1 전극(111)을 절연할 수 있는 절연재질로 형성될 수 있다. 절연층(400)은 폴리디메틸실록산(Polydimetylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌(PolyEthylene, PE), 및 폴리스틸렌(Polystyrene sulfonate) 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 절연층(400)의 재질은 이에 한정되지 않는다.The insulating
본 발명의 실시예에 따른 제1 마찰전기 부재(110)들은 절연층(400) 상에 배열될 수 있고, 각 제1 마찰전기 부재(110)의 하부에 위치하는 제1 전극(111)들은 피복층(500)에 의해 커버될 수 있다.The first
도1의 (b)는 커패시터(300)에서 저장되는 전기 에너지 신호의 파형(sine)을 그래프로 나타낸 것이다.1 (b) is a graph showing the waveform (sine) of the electrical energy signal stored in the capacitor (300).
도2는 도1과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자의 저장 패턴 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a simulation result of a storage pattern of a triboelectric energy storage device according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. 1. Referring to FIG.
도2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자는 커패시터(300)의 용량에 따라 저장 패턴이 변화하는 것을 확인할 수 있다. 도2와 같은 시뮬레이션 결과에 따르면 커패시터(300)의 정전용량이 20μF 이상인 경우, 커패시터(300)는 마찰전기 에너지를 안정적으로 수집하여, 저장할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be seen that the storage pattern of the triboelectric energy storage device according to an embodiment of the present invention is changed according to the capacity of the
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.3 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예인 도3에 따른 마찰전기 에너지 저장소자는, 제1 기판층(100)과, 제2 기판층(200)과, 커패시터(300)와, 절연층(400)과, 피복층(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 도3에 따른 커패시터(300)는 제1 커패시터(310)와 제2 커패시터(330)를 포함하여 구성될 수 있다.The triboelectric energy storage device according to FIG. 3, which is a second embodiment of the present invention, includes a
본 실시예에 따른 제1 기판층(100)은 제1 마찰전기 부재(110)와, 제1 마찰전기 부재(110)의 하부에 위치하는 제1 전극(111), 그리고 제2 마찰전기 부재(120)와, 제2 마찰전기 부재(120)의 하부에 위치하는 제2 전극(121)을 포함하여 구성될 수 있다.The
이때, 제1 마찰전기 부재(110) 및 제1 전극(111)들은 사이에 제2 마찰전기 부재(120) 및 제2 전극(121)을 두고 다수개의 시리즈로 마련되어 서로 이격 배치될 수 있다.In this case, the first
마찬가지로, 제2 마찰전기 부재(120)는 제2 전극(121)들은 사이에 제1 마찰전기 부재(110) 및 제1 전극(111)을 두고 다수개의 시리즈로 마련되어 서로 이격 배치될 수 있다.Similarly, the second
본 실시예에 따른 제1 마찰전기 부재(110)와 제2 마찰전기 부재(120)는 동일한 유전체 소재로 형성될 수 있다. 서로 동일한 유전체 소재로 형성되지만, 서로 교호 배치되는 제1 마찰전기 부재(110)들은 제1 배선(353)을 통해 제1 커패시터(310)에 연결되고, 제1 마찰전기 부재(110)를 사이에 두고 서로 교호 배치되는 제2 마찰전기 부재(120)들은 제2 배선(351)을 통해 제2 커패시터(330)에 연결될 수 있다.The first
제1 커패시터(310)는 제1 마찰전기 부재(110)의 하부에 있는 제1 전극(111)과 연결되어 제1 전극(111)들로부터 전달된 전자를 획득하고, 획득된 전자를 통해 전기 에너지를 저장할 수 있고, 제2 커패시터(320)는 제2 마찰전기 부재(120)의 하부에 있는 제2 전극(121)과 연결되어 제2 전극(121)들로부터 전달된 전자를 획득하고, 획득된 전자를 통해 전기 에너지를 저장할 수 있다.The
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.4 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3 실시예인 도4에 따른 마찰전기 에너지 저장소자는, 제1 기판층(100)과, 제2 기판층(200)과, 커패시터(300)와, 절연층(400)과, 피복층(500)을 포함하여 구성될 수 있다.The triboelectric energy storage device according to FIG. 4 which is the third embodiment of the present invention includes a
본 실시예에 따른 제1 기판층(100)은 제1 마찰전기 부재(110)와, 제1 마찰전기 부재(110)의 하부에 위치하는 제1 전극(111), 그리고 제2 마찰전기 부재(130)와, 제2 마찰전기 부재(130)의 하부에 위치하는 제2 전극(131)을 포함하여 구성될 수 있다.The
이때, 제1 마찰전기 부재(110) 및 제1 전극(111)들은 사이에 제2 마찰전기 부재(130) 및 제2 전극(131)을 두고 다수개의 시리즈로 마련되어 서로 이격 배치될 수 있다.In this case, the first
마찬가지로, 제2 마찰전기 부재(130)는 제2 전극(131)들은 사이에 제1 마찰전기 부재(110) 및 제1 전극(111)을 두고 다수개의 시리즈로 마련되어 서로 이격 배치될 수 있다.Similarly, the second
본 실시예에 따른 제1 마찰전기 부재(110)와 제2 마찰전기 부재(130)는 서로 다른 유전체 소재로 형성될 수 있다. 제1 마찰전기 부재(110)는 제1 유전체 소재로 형성될 수 있고, 제2 마찰전기 부재(130)는 제2 유전체 소재로 형성될 수 있다.The first
서로 다른 유전체 소재로 형성되면서, 서로 교호 배치되는 제1 마찰전기 부재(110)들과, 제1 마찰전기 부재(110)를 사이에 두고 서로 교호 배치되는 제2 마찰전기 부재(130)들은 모두 하나의 커패시터(300)에 연결될 수 있다.The first
커패시터(300)는 상기와 같은 제1 마찰전기 부재(110)의 하부에 있는 제1 전극(111)과, 제2 마찰전기 부재(130)들의 하부에 있는 제2 전극(131)과 연결되어, 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 생성된 전자를 전달받고, 전달받은 전자를 수집하여 전기 에너지를 저장할 수 있다.The
도5는 본 발명의 제4실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자를 도시한 도면이다.5 is a view showing a triboelectric energy storage device according to a fourth embodiment of the present invention.
본 발명의 제4 실시예인 도5에 따른 마찰전기 에너지 저장소자는, 제1 기판층(100)과, 제2 기판층(200)과, 커패시터(300)와, 절연층(400)과, 피복층(500)을 포함하여 구성될 수 있다.The triboelectric energy storage device according to FIG. 5, which is a fourth embodiment of the present invention, includes a
본 실시예에 따른 제1 기판층(100)은 제1 마찰전기 부재(110)와, 제1 마찰전기 부재(110)의 하부에 위치하는 제1 전극(111), 그리고 제2 마찰전기 부재(130)와, 제2 마찰전기 부재(130)의 하부에 위치하는 제2 전극(131)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 마찰전기 부재(110)와 제2 마찰전기 부재(130)는 서로 교호 배치된다.The
이때, 제1 마찰전기 부재(110) 및 제1 전극(111)들은 사이에 제2 마찰전기 부재(130) 및 제2 전극(131)을 두고 다수개의 시리즈로 마련되어 서로 이격 배치될 수 있다.In this case, the first
마찬가지로, 제2 마찰전기 부재(130)는 제2 전극(131)들은 사이에 제1 마찰전기 부재(110) 및 제1 전극(111)을 두고 다수개의 시리즈로 마련되어 서로 이격 배치될 수 있다.Similarly, the second
본 실시예에 따른 제1 마찰전기 부재(110)와 제2 마찰전기 부재(130)는 서로 다른 유전체 소재로 형성될 수 있다. 제1 마찰전기 부재(110)는 제1 유전체 소재로 형성될 수 있고, 제2 마찰전기 부재(130)는 제2 유전체 소재로 형성될 수 있다.The first
제1 마찰전기 부재(110)들은 제1 배선(353)을 통해 제1 커패시터(310)와 연결됨으로써, 제1 커패시터(310)는 제1 배선(353)을 통해 상기 제1 마찰전기 부재(110)들로부터 수집되는 전자들을 이용하여 전기 에너지를 저장할 수 있다.The first
그리고, 제2 마찰전기 부재(130)들은 제2 배선(351)을 통해 제2 커패시터(330)와 연결됨으로써, 제2 커패시터(330)는 제2 배선(351)을 통해 상기 제2 마찰전기 부재(130)들로부터 수집되는 전자들을 이용하여 전기 에너지를 저장할 수 있다.In addition, the second
본 발명의 실시예에 따른 서로 교호 배열되는 제1 마찰전기 부재(110)들과 제2 마찰전기 부재(130)들은 절연층(400) 상에 배열될 수 있고, 각 제1 마찰전기 부재(110) 및 제2 마찰전기 부재(130)의 하부에 위치하는 제1 전극(111)들과, 제2 전극(131)들은 피복층(500)에 의해 커버될 수 있다.The first
제1 실시예에 따른 도1과 같은 마찰전기 에너지 저장소자는 도1의 (b)에 도시된 바와 같이 직류(AC) 신호를 발생시키므로, 피크투피크(peak to peak) 사이에서 저장소자의 방전을 방지할 수 없는 현상이 발생할 가능성이 있다. 제2 실시예에 따른 도2와 같은 마찰전기 에너지 저장소자는 마찰전기 부재(물질)을 더 촘촘하게 배열하거나, 병렬 연결을 함으로써, 피크투피크(peak to peak) 사이에 새로운 피크(peak)를 형성시켜, 저장소자의 방전을 방지하거나, 또는 중간중간 충전이 가능하다.Since the triboelectric energy storage element as shown in Fig. 1 according to the first embodiment generates a direct current (AC) signal as shown in Fig. 1 (b), it is possible to prevent discharge of the storage element between peak to peak. Unexpected phenomena are likely to occur. The triboelectric energy storage device as shown in Fig. 2 according to the second embodiment forms a new peak between peak to peak by arranging the triboelectric member (material) more densely or by connecting in parallel, It is possible to prevent the storage element from being discharged, or to charge it in the middle.
도4 및 도5의 경우, 서로 다른 마찰전기 부재(물질)를 이용하여 신호의 상(phase)에 변화를 주어 에너지 저장 효율을 향상시킬 수 있다.4 and 5 , energy storage efficiency can be improved by changing a phase of a signal using different triboelectric members (materials).
도6은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 유전체 소재로 마련되는 제1 마찰전기 부재(110)와 제2 마찰전기 부재(130)에 의해 발생된 마찰전기를 측정한 그래프이다.6 is a graph showing measurements of triboelectric electricity generated by the first
도6을 참조하면, 본 발명의 마찰전기 에너지 저장소자는 서로 다른 유전체 소자로 이루어지는 마찰전기 부재들(예: 제1 마찰전기 부재 및 제2 마찰전기 부재)에 의해 상(phase)이 증가될수록 발생되는 마찰전기 간의 위상차가 줄어들게 됨으로써, 직류 형태의 마찰전기가 연속적으로 발생하므로 에너지 저장 효율 또는 전기에너지 공급 효율을 향상시킬 수 있다.6, the triboelectric energy storage device of the present invention is generated as the phase increases by triboelectric members (eg, a first triboelectric member and a second triboelectric member) made of different dielectric elements. As the phase difference between the triboelectrics is reduced, since triboelectrics in the form of direct current are continuously generated, energy storage efficiency or electric energy supply efficiency can be improved.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스에 사용가능한 마찰전기 에너지 저장소자의 회로도이다.7 is a circuit diagram of a triboelectric energy storage element usable in a wearable device according to an embodiment of the present invention.
도7을 참조하면, 본 실시예에 따른 마찰전기 에너지 저장소자는 제1 기판층(100), 제2 기판층(200), 커패시터(300), 정류기(600), 그리고 센서(700)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the triboelectric energy storage device according to the present embodiment includes a
제1 기판층(100)은 도1 내지 도5를 참조한 설명과 같이, 제2 기판층(200)이 제1 기판층(100)을 대면하여 슬라딩함에 따라, 서로간 접촉과 분리 동작을 통해 발생되는 전자를 커패시터(300)로 전달할 수 있다.As described with reference to FIGS. 1 to 5 , as the
커패시터(300)는 제1 기판층(100)으로부터 전달받아 수집한 전자를 이용하여, 전기 에너지를 저장할 수 있다.The
그리고, 본 실시예에 따른 정류기(600)는 제1 기판층(100)으로부터 발생된 전자의 흐름에 따른 전기 신호를 정류함에 따라 직류 성분의 전기 신호를 출력할 수 있다.In addition, the
그리고, 본 실시예에 따른 센서(700)는 커패시터(300)에 저장되는 전기 에너지를 측정할 수 있다. 센서(700)는 웨어러블 디바이스의 센서로서, 마찰전기 에너지를 이용하여 사용자의 움직임을 감지하는 센서로 구현될 수도 있다.In addition, the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 제1 기판층
110: 제1 마찰전기 부재
111: 제1 전극
120, 130: 제2 마찰전기 부재
121, 131: 제2 전극
200: 제3 기판층
210: 제3 마찰전기 부재
230: 제3 전극
300: 커패시터
310: 제1 커패시터
330: 제2 커패시터
400: 절연층
500: 피복층
600: 정류기
700: 센서100: first substrate layer
110: first triboelectric member
111: first electrode
120, 130: second triboelectric member
121, 131: second electrode
200: third substrate layer
210: third triboelectric member
230: third electrode
300: capacitor
310: first capacitor
330: second capacitor
400: insulating layer
500: coating layer
600: rectifier
700: sensor
Claims (14)
제1 유전체 소재로 이루어지며, 서로 이격 배치되는 다수개의 시리즈로 마련된 제1 마찰전기 부재를 포함하는 제1 기판층과,
상기 제1 기판층에 대면하여 슬라이딩 가능한 제2 기판층과,
상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 기판층으로부터 전자를 수집하고, 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 커패시터를 포함하는 마찰전기 에너지 저장소자.
A triboelectric energy harvester usable in a wearable device, comprising:
A first substrate layer made of a first dielectric material and including first triboelectric members provided in a plurality of series spaced apart from each other;
a second substrate layer slidable to face the first substrate layer;
and a capacitor connected to each of the first triboelectric members, collecting electrons from the first substrate layer, and storing electrical energy through the collected electrons.
상기 제1 기판층은,
상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고,
상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들과 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들 및 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
According to claim 1,
The first substrate layer,
It further comprises: a plurality of second triboelectric members made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other and provided in a plurality of series spaced apart from each other;
The capacitor is connected to each of the first triboelectric members and the second triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members and the second triboelectric members. 1 A triboelectric energy storage element comprising a capacitor.
상기 제1 기판층은,
상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고,
상기 커패시터는,
상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와,
상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
According to claim 1,
The first substrate layer,
It further comprises: a plurality of second triboelectric members made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other and provided in a plurality of series spaced apart from each other;
The capacitor is
a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members;
and a second capacitor connected to each of the second triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members.
상기 제1 기판층은,
제2 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 포함하고,
상기 제1 유전체 소재와 제2 유전체 소재는 서로 상이한 소재이며, 상기 제1 마찰전기 부재와 제2 마찰전기 부재는 교호 배치되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
According to claim 1,
The first substrate layer,
a second triboelectric member made of a second dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and provided in a plurality of series spaced apart from each other;
The triboelectric energy storage element, characterized in that the first dielectric material and the second dielectric material are different from each other, and the first triboelectric member and the second triboelectric member are alternately arranged.
상기 커패시터는,
상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와,
상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
5. The method of claim 4,
The capacitor is
a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members;
and a second capacitor connected to each of the second triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members.
상기 제1 기판층은,
상기 제1 마찰전기 부재들 및 상기 제2 마찰전기 부재들 각각의 하부에 형성되는 전극을 더 포함하고,
상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터는 각각에 대응하는 전극에 전기적으로 연결되어, 연결된 전극을 통해 전자를 수집하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
6. The method of claim 5,
The first substrate layer,
an electrode formed under each of the first triboelectric members and the second triboelectric members;
The first capacitor and the second capacitor are electrically connected to a corresponding electrode, respectively, and the triboelectric energy storage device, characterized in that collecting electrons through the connected electrode.
상기 제1 기판층은, 절연층을 더 포함하고,
상기 제1 마찰전기 부재 및 상기 제2 마찰전기 부재는 상기 절연층 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
5. The method of claim 4,
The first substrate layer further comprises an insulating layer,
The triboelectric energy storage element, characterized in that the first triboelectric member and the second triboelectric member are arranged on the insulating layer.
상기 제2 기판층은,
유전체 소재로 이루어지는 제3 마찰전기 부재와,
상기 제3 마찰전기 부재의 상부에 형성되는 제3 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 전기 에너지 저장소자.
According to claim 1,
The second substrate layer,
a third triboelectric member made of a dielectric material;
and a third electrode formed on the third triboelectric member.
제1 유전체 소재로 이루어지며, 서로 이격 배치되는 다수개의 시리즈로 마련된 제1 마찰전기 부재를 포함하는 제1 기판층과,
상기 제1 기판층에 대면하여 슬라이딩 가능한 제2 기판층과,
상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 기판층으로부터 전자를 수집하고, 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 커패시터와,
상기 제1 기판층으로부터 발생된 전자의 흐름에 따른 전기 신호를 정류함에 따라 직류 성분의 전기 신호를 출력하는 정류기를 포함하는 마찰전기 에너지 저장소자.
A triboelectric energy harvester usable in a wearable device, comprising:
A first substrate layer made of a first dielectric material and including first triboelectric members provided in a plurality of series spaced apart from each other;
a second substrate layer slidable to face the first substrate layer;
a capacitor connected to each of the first triboelectric members to collect electrons from the first substrate layer and to store electrical energy through the collected electrons;
and a rectifier for outputting an electrical signal of a direct current component by rectifying an electrical signal according to the flow of electrons generated from the first substrate layer.
상기 커패시터에 저장되는 전기 에너지를 측정하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
10. The method of claim 9,
The triboelectric energy storage element, characterized in that it further comprises a sensor for measuring the electrical energy stored in the capacitor.
상기 제1 기판층은,
상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고,
상기 커패시터는, 상기 제1 마찰전기 부재들과 상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들 및 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
10. The method of claim 9,
The first substrate layer,
It further comprises: a plurality of second triboelectric members made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other and provided in a plurality of series spaced apart from each other;
The capacitor is connected to each of the first triboelectric members and the second triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members and the second triboelectric members. 1 A triboelectric energy storage element comprising a capacitor.
상기 제1 기판층은,
상기 제1 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 더 포함하고,
상기 커패시터는,
상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와,
상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
10. The method of claim 9,
The first substrate layer,
It further comprises: a plurality of second triboelectric members made of the first dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other and provided in a plurality of series spaced apart from each other;
The capacitor is
a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members;
and a second capacitor connected to each of the second triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members.
상기 제1 기판층은,
제2 유전체 소재로 이루어지며, 적어도 일부가 상기 서로 이격 배치되는 제1 마찰전기 부재들 사이에 배치되어, 서로 이격된 다수개의 시리즈로 마련된 제2 마찰전기 부재를 포함하고,
상기 제1 유전체 소재와 제2 유전체 소재는 서로 상이한 소재이며, 상기 제1 마찰전기 부재와 제2 마찰전기 부재는 교호 배치되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
10. The method of claim 9,
The first substrate layer,
a second triboelectric member made of a second dielectric material, at least a portion of which is disposed between the first triboelectric members spaced apart from each other, and provided in a plurality of series spaced apart from each other;
The triboelectric energy storage element, characterized in that the first dielectric material and the second dielectric material are different from each other, and the first triboelectric member and the second triboelectric member are alternately arranged.
상기 커패시터는,
상기 제1 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제1 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제1 커패시터와,
상기 제2 마찰전기 부재들 각각과 연결되어 상기 제2 마찰전기 부재들로부터 수집된 전자를 통해 전기 에너지를 저장하는 제2 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰전기 에너지 저장소자.
14. The method of claim 13,
The capacitor is
a first capacitor connected to each of the first triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the first triboelectric members;
and a second capacitor connected to each of the second triboelectric members to store electrical energy through electrons collected from the second triboelectric members.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200176442A KR20220086206A (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Triboelectric energy harvester available for wearable device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200176442A KR20220086206A (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Triboelectric energy harvester available for wearable device |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220086206A true KR20220086206A (en) | 2022-06-23 |
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ID=82221712
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200176442A KR20220086206A (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Triboelectric energy harvester available for wearable device |
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|---|---|
| KR (1) | KR20220086206A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170040347A (en) | 2014-08-12 | 2017-04-12 | 베이징 인스티튜트 오브 나노에너지 앤드 나노시스템즈 | Back gate field-effect transistor based on friction and contact electrification effects |
-
2020
- 2020-12-16 KR KR1020200176442A patent/KR20220086206A/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170040347A (en) | 2014-08-12 | 2017-04-12 | 베이징 인스티튜트 오브 나노에너지 앤드 나노시스템즈 | Back gate field-effect transistor based on friction and contact electrification effects |
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