KR101325632B1 - Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same - Google Patents

Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101325632B1
KR101325632B1 KR1020120043353A KR20120043353A KR101325632B1 KR 101325632 B1 KR101325632 B1 KR 101325632B1 KR 1020120043353 A KR1020120043353 A KR 1020120043353A KR 20120043353 A KR20120043353 A KR 20120043353A KR 101325632 B1 KR101325632 B1 KR 101325632B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
self
negative electrode
sensor node
composite battery
current collector
Prior art date
Application number
KR1020120043353A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130120246A (en
Inventor
한상진
Original Assignee
비나텍주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비나텍주식회사 filed Critical 비나텍주식회사
Priority to KR1020120043353A priority Critical patent/KR101325632B1/en
Publication of KR20130120246A publication Critical patent/KR20130120246A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101325632B1 publication Critical patent/KR101325632B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2059Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H01M10/465Accumulators structurally combined with charging apparatus with solar battery as charging system
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 자가충전 복합전지 및 그를 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN) 센서노드에 관한 것으로, 염료감응 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell; DSSC)와 슈퍼 커패시터(super capacitor)가 복합된 컴팩트한 자가충전 복합전지를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 자가충전 복합전지는 슈퍼 커패시터의 음극 집전체를 염료감응 태양전지에 공유시켜, 한쪽에는 슈퍼 커패시터가 형성되고, 다른 쪽에는 염료감응 태양전지가 형성되어, 염료감응 태양전지와 슈퍼 커패시터가 일체로 복합된 구조를 갖는다. 그리고 본 발명에 따른 자가충전 복합전지를 USN 센서노드에 적용하여 USN 센서노드 모듈을 구현할 수 있다.The present invention relates to a self-charging composite battery and a ubiquitous sensor network (USN) sensor node using the same, wherein a dye-sensitized solar cell (DSSC) and a super capacitor are compact. It is to provide a self-charging composite battery. In the self-charging composite battery according to the present invention, the negative electrode current collector of the super capacitor is shared by the dye-sensitized solar cell, and a super capacitor is formed on one side, and a dye-sensitized solar cell is formed on the other side. Has an integrally complex structure. In addition, the USN sensor node module may be implemented by applying the self-charging composite battery according to the present invention to the USN sensor node.

Description

자가충전 복합전지 및 그를 이용한 USN 센서노드 모듈{Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same}Self-charging hybrid battery and WSN sensor node module using same {Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same}

본 발명은 전지 및 그를 이용한 전자기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염료감응 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell; DSSC)와 슈퍼 커패시터(super capacitor)가 복합된 자가충전 복합전지 및 그를 이용한 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network; USN) 센서노드 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery and an electronic device using the same, and more particularly, a self-charged composite battery in which a dye-sensitized solar cell (DSSC) and a super capacitor are combined, and a ubiquitous sensor network using the same ( Ubiquitous Sensor Network (USN) sensor node module.

USN은 필요한 모든 객체에 RFID(Radio-Frequency Identification)와 같은 USN 센서노드를 설치하고, 이를 통하여 객체의 인식정보를 기본으로 주변의 환경정도, 예컨대 온도, 습도, 오염정보, 균열정도 등을 탐지하고, 이를 실시간으로 네트워크에 연결하여 생성된 정보를 관리하는 통신망(Network)으로 구성된다. 이러한 USN 센서노드는 구동을 위한 전원을 필요하며, 이러한 전원의 공급원 중에 하나로 태양 에너지가 사용되고 있다.USN installs a USN sensor node such as RFID (Radio-Frequency Identification) on all necessary objects, and detects the environmental level, such as temperature, humidity, pollution information, cracking, etc. based on the object's identification information. It consists of a network that manages the information generated by connecting it to the network in real time. The USN sensor node needs a power source for driving, and solar energy is used as one of the power sources.

태양 에너지에는 현존하는 에너지원에 비해서 수많은 유리한 점이 있다. 예를 들면, 태양 에너지는 사실상 무한이며, 어디서든 이용이 가능하다. 이러한 태양 에너지는 다양한 분야에서 유효하게 이용되고 있다. 예를 들면, 빌딩이나 자동차에서는 햇빛이 조사되는 부분에 태양전지를 설치하고, 설치된 태양전지에 의해 태양 에너지를 전기로 변환한다. 이와 같이 해서 얻어진 전기를 빌딩의 조명이나 자동차의 동력원의 일부로서 이용할 수 있다.Solar energy has many advantages over existing energy sources. For example, solar energy is virtually infinite and available everywhere. Such solar energy is effectively used in various fields. For example, in a building or a car, a solar cell is installed in the part where sunlight is irradiated, and solar energy is converted into electricity by the installed solar cell. The electricity thus obtained can be used as part of the lighting source of a building or the power source of an automobile.

태양 에너지는 햇빛이 조사되는 대낮에 얻어지지만, 이렇게 해서 얻어진 전기를 축적하면 햇빛이 조사되지 않는 밤사이나 우천 시에도 이용하는 것이 가능하다. 따라서 이것을 이용할 수 있으면, 귀중한 자연 자원의 감소나 파괴를 초래하지 않는 에너지원이 된다.Solar energy is obtained in the daylight when sunlight is irradiated, but by accumulating the electricity obtained in this way, it is possible to use it at nighttime or in rainy weather when sunlight is not irradiated. Thus, if it can be used, it becomes an energy source that does not cause the reduction or destruction of precious natural resources.

태양전지에 의해 변환된 전기를 저장하는 전기에너지 저장장치로서, Ni-MH 전지, Ni-Cd 전지, 납축전지 및 리튬이차전지와 같은 이차전지와, 높은 출력 밀도를 가지면서 충방전 수명이 무제한에 가까운 슈퍼 커패시터(super capacitor), 알루미늄 전해 커패시터 및 세라믹 커패시터 등이 있다.An electric energy storage device that stores electricity converted by a solar cell, which includes secondary batteries such as Ni-MH batteries, Ni-Cd batteries, lead acid batteries, and lithium secondary batteries, and has a high power density and unlimited charge / discharge lifetime. Nearby super capacitors, aluminum electrolytic capacitors and ceramic capacitors.

특히 슈퍼 커패시터는 전기이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor), 유사 커패시터(pseudo capacitor), 리튬 이온 커패시터(LIC; lithium ion capacitor)와 같은 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor) 등이 있다.In particular, the super capacitor includes an electric double layer capacitor (EDLC), a pseudo capacitor, and a hybrid capacitor such as a lithium ion capacitor (LIC).

여기서 전기이중층 커패시터는 서로 다른 상의 계면에 형성된 전기이중층에서 발생하는 정전하현상을 이용한 커패시터로서, 에너지 저장 메커니즘이 산화 및 환원과정에 의존하는 배터리에 비하여 충방전 속도가 빠르고 충방전 효율이 높으며 사이클 특성이 월등하여 백업 전원에 광범위하게 사용되며, 향후 전기자동차의 보조전원으로서의 가능성도 무한하다.Here, the electric double layer capacitor is a capacitor using an electrostatic charge phenomenon occurring in an electric double layer formed at the interface of different phases, and has a faster charging / discharging speed, a higher charge / discharge efficiency than the battery in which the energy storage mechanism depends on the oxidation and reduction process, Is widely used for backup power supply, and the potential as an auxiliary power source for electric vehicles in the future is also unlimited.

유사 커패시터는 는 전극과 전기화학 산화물 반응물의 산화-환원 반응을 이용하여 화학 반응을 전기적 에너지로 전환하여 저장하는 커패시터이다. 유사 커패시터는 전기이중층 커패시터가 전기화학 이중층형 전극 표면에 형성된 이중층에만 전하를 저장하는 데 비하여 전극 재료의 표면 근처까지 전하를 저장 할 수 있어 저장 용량이 전기이중층 커패시터에 비하여 약 5배정도 크다. 금속산화물 전극재료로는 RuOx, IrOx, MnOx 등이 사용되고 있다.A pseudo capacitor is a capacitor that converts and stores a chemical reaction into electrical energy by using an oxidation-reduction reaction of an electrode and an electrochemical oxide reactant. The pseudocapacitor has a storage capacity about 5 times larger than that of the electric double layer capacitor because the electric double layer capacitor can store the electric charge near the surface of the electrode material as compared with the electric double layer capacitor formed on the surface of the electrochemical double layer type electrode. As the metal oxide electrode material, RuOx, IrOx, MnOx and the like are used.

그리고 리튬 이온 커패시터는 기존 전기이중층 커패시터의 고출력 및 장수명 특성과, 리튬 이온 전지의 고에너지밀도를 결합한 새로운 개념의 이차전지 시스템이다. 전기이중층 내 전하의 물리적 흡착반응을 이용하는 전기이중층 커패시터는 우수한 출력특성 및 수명특성에도 불구하고 낮은 에너지밀도 때문에 다양한 응용분야에 적용이 제한되고 있다. 이러한 전기이중층 커패시터의 문제점을 해결하는 수단으로서 음극 활물질로서 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 탄소계 소재를 이용하는 리튬 이온 커패시터가 제안되었으며, 리튬 이온 커패시터는 이온화 경향이 큰 리튬 이온을 음극에 미리 도핑하여 음극의 전위를 대폭적으로 낮출 수 있고, 셀 전압도 종래의 전기이중층 커패시터의 2.5 V 대비 크게 향상된 3.8 V 이상의 고전압 구현이 가능하며 높은 에너지 밀도를 발현할 수 있다.The lithium ion capacitor is a new concept of a secondary battery system that combines the high power and long life characteristics of a conventional electric double layer capacitor with the high energy density of a lithium ion battery. Electric double layer capacitors using the physical adsorption reaction of electric charges in the electric double layer have been limited in their application to various applications due to their low energy density despite excellent power characteristics and lifetime characteristics. As a means for solving the problem of such an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor using a carbon-based material capable of inserting and separating lithium ions as a negative electrode active material has been proposed. The lithium ion capacitor has a structure in which lithium ions, And the cell voltage can realize a high voltage of 3.8 V or more, which is much higher than that of the conventional electric double layer capacitor by 2.5 V, and can exhibit a high energy density.

이와 같은 종래의 태양전지는 슈퍼 커패시터와 별도로 제작되어 배선을 통해 연결해야 하고, 이렇게 연결된 태양전지와 슈퍼 커패시터를 다시 전기에너지를 사용하는 부하에 연결해 주어야 한다. Such a conventional solar cell has to be manufactured separately from the supercapacitor and connected through wiring, and the solar cell and the supercapacitor thus connected must be connected to a load using electric energy again.

그런데 USN 센서노드와 같은 작은 객체에 태양전지와 슈퍼 커패시터를 함께 설치할 경우, 필요 이상으로 부피가 너무 커지는 문제점을 안고 있다. 또한 태양전지와 슈퍼 커패시터를 개별적으로 제작하여 배선을 통해 서로 연결해야 하기 때문에, 작업성 또한 떨어지는 문제점을 안고 있다.However, when the solar cell and the super capacitor are installed together on a small object such as a USN sensor node, the volume becomes too large than necessary. In addition, since solar cells and supercapacitors must be manufactured separately and connected to each other through wiring, workability is also reduced.

따라서 본 발명의 목적은 염료감응 태양전지와 슈퍼 커패시터가 일체로 복합된 자가충전 복합전지 및 그를 이용한 USN 센서노드 모듈을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a self-charging composite cell in which the dye-sensitized solar cell and the super capacitor are integrally integrated, and a USN sensor node module using the same.

본 발명의 다른 목적은 염료감응 태양전지와 슈퍼 커패시터가 일체로 형성하면서 두께를 줄이고 제조원가를 낮출 수 있는 자가충전 복합전지 및 그를 이용한 USN 센서노드 모듈을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a self-charging composite battery and a USN sensor node module using the same, which can reduce the thickness and lower the manufacturing cost while integrally forming a dye-sensitized solar cell and a super capacitor.

본 발명의 또 다른 목적은 USN 센서노드와 같은 전자기기에 설치할 때 작업성이 용이한 자가충전 복합전지 및 그를 이용한 USN 센서노드 모듈을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a self-charging composite battery having easy workability when installed in an electronic device such as a USN sensor node, and a USN sensor node module using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일측으로 음극 집전체가 노출된 슈퍼 커패시터와, 상기 슈퍼 커패시터의 음극 집전체 위에 형성되며 상기 음극 집전체를 공유하는 염료감응 태양전지를 포함하는 자가충전 복합전지를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a self-charging composite battery comprising a super capacitor exposed to the negative electrode current collector to one side, and a dye-sensitized solar cell formed on the negative electrode current collector of the super capacitor and sharing the negative electrode current collector To provide.

본 발명에 따른 자가충전 복합전지에 있어서, 상기 슈퍼 커패시터는 양극 집전체, 양극, 분리막, 음극 및 상기 음극 집전체가 차례로 형성되며, 상기 양극 및 상기 음극에 함침되는 전해질을 포함한다.In the self-charging composite battery according to the present invention, the supercapacitor includes a positive electrode current collector, a positive electrode, a separator, a negative electrode, and the negative electrode current collector, in turn, and includes an electrolyte impregnated in the positive electrode and the negative electrode.

본 발명에 따른 자가충전 복합전지에 있어서, 상기 슈퍼 커패시터는 전기이중층 커패시터, 유사 커패시터 및 리튬 이온 커패시터 중에 하나를 포함할 수 있다.In the self-charging composite battery according to the present invention, the supercapacitor may include one of an electric double layer capacitor, a pseudo capacitor, and a lithium ion capacitor.

본 발명에 따른 자가충전 복합전지에 있어서, 상기 연료감응 태양전지는 상기 음극 집전체에 형성된 음극막, 상기 음극 집전체 위에 마주보게 형성된 광투과성을 갖는 투명 기판, 상기 투명 기판 아래에 형성되며 상기 음극막과 마주보는 투명 양극 필름, 상기 투명 기판을 통하여 햇빛을 받으면 전기에너지를 생산하는 염료를 흡착한 복수의 나노입자, 전자를 배출한 염료에 전자를 제공하는 전해질, 및 상기 음극 집전체와 상기 투명 기판 사이에 충전된 상기 복수의 나노입자와 전해질을 밀봉하는 실링제를 포함할 수 있다.In the self-charging composite battery according to the present invention, the fuel-sensitized solar cell is a negative electrode film formed on the negative electrode current collector, a transparent substrate having a light transmittance formed to face the negative electrode current collector, formed below the transparent substrate and the negative electrode A transparent anode film facing the film, a plurality of nanoparticles adsorbing a dye that produces electrical energy upon receiving sunlight through the transparent substrate, an electrolyte providing electrons to the dye emitting electrons, and the anode current collector and the transparent It may include a sealing agent for sealing the electrolyte and the plurality of nanoparticles filled between the substrate.

본 발명에 따른 자가충전 복합전지에 있어서, 상기 투명 기판은 유리 또는 플라스틱 소재이고, 상기 음극막은 백금막이고, 상기 투명 양극 필름은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 불소 주석 산화물(Fluorine Tin Oxide; FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 중에 하나일 수 있다.In the self-charging composite battery according to the present invention, the transparent substrate is a glass or plastic material, the negative electrode film is a platinum film, the transparent anode film is indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (Fluorine Tin) Oxide; FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 .

본 발명은 또한, 전술된 상기 자가충전 복합전지와, 상기 자가충전 복합전지에 연결되며 상기 자가충전 복합전지로부터 전원을 공급받아 구동하는 USN 센서노드를 포함하는 USN 센서노드 모듈을 제공한다.The present invention also provides a USN sensor node module including the above-described self-charging composite battery and a USN sensor node connected to the self-charging composite battery and powered by the self-charging composite battery.

본 발명에 따른 USN 센서노드 모듈에 있어서, 상기 자가충전 복합전지가 상기 USN 센서노드에 수평적 또는 수직적으로 연결되어 설치될 수 있다.In the USN sensor node module according to the present invention, the self-charging composite battery may be installed horizontally or vertically connected to the USN sensor node.

그리고 본 발명에 따른 USN 센서노드 모듈은 상기 자가충전 복합전지를 상기 USN 센서노드에 회전 가능하게 연결시키는 회전부재를 더 포함할 수 있다.And the USN sensor node module according to the present invention may further include a rotating member for rotatably connecting the self-charging composite battery to the USN sensor node.

본 발명에 따른 자가충전 복합전지는 슈퍼 커패시터의 음극 집전체를 염료감응 태양전지에 공유시켜, 한쪽에는 슈퍼 커패시터를 제작하고 다른 쪽에는 염료감응 태양전지를 구현함으로써, 염료감응 태양전지와 슈퍼 커패시터가 일체로 복합할 수 있다.In the self-charging composite battery according to the present invention, the negative current collector of the super capacitor is shared with the dye-sensitized solar cell, so that the super capacitor is manufactured on one side and the dye-sensitized solar cell is implemented on the other side. It can be combined in one piece.

이로 인해 USN 센서노드와 같은 작은 객체에 태양전지와 슈퍼 커패시터를 함께 설치할 경우, 본 발명에 따른 자가충전 복합전지는 염료감응 태양전지와 슈퍼 커패시터가 일체화 되어 있기 때문에, 필요 이상으로 부피가 너무 커지는 문제를 해소할 수 있다.Therefore, when the solar cell and the super capacitor are installed together in a small object such as a USN sensor node, the self-charged composite cell according to the present invention has a problem that the volume becomes too large than necessary because the dye-sensitized solar cell and the super capacitor are integrated. Can be solved.

또한 염료감응 태양전지와 슈퍼 커패시터를 개별적으로 제작하여 배선을 통해 서로 연결하는 것에 비해서, 본 발명에 따른 자가충전 복합전지는 작업성 또한 뛰어난 이점을 갖고 있다.In addition, the self-charged composite battery according to the present invention has excellent workability as well as separately fabricating the dye-sensitized solar cell and the supercapacitor and connecting each other through wiring.

또한 염료감응 태양전지의 투명 양극 필름이 설치되는 투명 기판으로 유연성을 갖는 플라스틱 소재의 기판을 사용함으로써, 본 발명에 따른 자가충전 복합전지의 두께를 더욱 박형화하면서 제조원가를 낮출 수 있는 이점이 있다. In addition, by using a plastic substrate having flexibility as a transparent substrate on which the transparent anode film of the dye-sensitized solar cell is installed, there is an advantage that the manufacturing cost can be lowered while further reducing the thickness of the self-charging composite battery according to the present invention.

또한 본 발명에 따른 자가충전 복합전지는 염료감응 태양전지를 구비하기 때문에, 실외뿐만 아니라 실내에서는 사용할 수 있는 이점을 가지고 있다.In addition, since the self-charging composite battery according to the present invention includes a dye-sensitized solar cell, it has an advantage that it can be used indoors as well as outdoors.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자가충전 복합전지를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 자가충전 복합전지를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1의 자가충전 복합전지를 이용한 USN 센서노드 모듈을 보여주는 도면이다.
1 is a view schematically showing a self-charging composite battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating the self-charging composite battery of FIG. 1.
3 is a view illustrating a USN sensor node module using the self-charging composite battery of FIG. 1.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자가충전 복합전지를 개략적으로 보여주는 도면이다.1 is a view schematically showing a self-charging composite battery according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)는 슈퍼 커패시터(10)와 염료감응 태양전지(30)가 일체로 복합된 구조를 가지며, 슈퍼 커패시터(10) 위에 염료감응 태양전지(30)가 적층된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, the self-charging composite battery 100 according to the exemplary embodiment of the present invention has a structure in which the super capacitor 10 and the dye-sensitized solar cell 30 are integrally combined and have a dye on the super capacitor 10. The sensitive solar cell 30 has a stacked structure.

이때 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)는 슈퍼 커패시터(10)의 음극 집전체(20)를 염료감응 태양전지(30)에 공유시켜, 한쪽에는 슈퍼 커패시터(10)가 형성되고, 다른 쪽에는 염료감응 태양전지(30)가 형성된 구조를 갖는다.At this time, the self-charging composite battery 100 according to the present embodiment is to share the negative electrode current collector 20 of the super capacitor 10 to the dye-sensitized solar cell 30, the super capacitor 10 is formed on one side, the other The side has a structure in which the dye-sensitized solar cell 30 is formed.

이와 같이 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)는 슈퍼 커패시터(10)의 음극 집전체(20)를 염료감응 태양전지(30)가 공유함으로써, 슈퍼 커패시터(10)와 염료감응 태양전지(30)를 적층 형태로 일체로 형성할 수 있다.As described above, the self-charging composite battery 100 according to the present embodiment shares the negative electrode current collector 20 of the super capacitor 10 by the dye-sensitized solar cell 30, whereby the super capacitor 10 and the dye-sensitized solar cell ( 30) can be integrally formed in a laminated form.

이와 같은 본 실시예 따른 자가충전 복합전지(100)에 대해서, 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 2는 도 1의 자가충전 복합전지(100)를 보여주는 단면도이다.Such a self-charging composite battery 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 2 as follows. 2 is a cross-sectional view showing the self-charging composite battery 100 of FIG.

슈퍼 커패시터(10)는 양극 집전체(11), 양극(13), 분리막(15), 음극(17) 및 음극 집전체(20)가 차례로 적층되어 형성되며, 양극(13) 및 음극(17)에 함침되는 전해질을 포함한다.The supercapacitor 10 is formed by sequentially stacking a positive electrode current collector 11, a positive electrode 13, a separator 15, a negative electrode 17, and a negative electrode current collector 20, and the positive electrode 13 and the negative electrode 17. It includes an electrolyte impregnated with.

음극 집전체(20) 및 양극 집전체(11)는 알루미늄 포일(Al foil)로 제조될 수 있다. 특히 음극 집전체(20)는 리튬 이온이 프리도핑되며, 에칭된 알루미늄 포일이 사용될 수 있다.The negative electrode current collector 20 and the positive electrode current collector 11 may be made of aluminum foil. In particular, the negative electrode current collector 20 may be pre-doped with lithium ions, and an etched aluminum foil may be used.

양극(13)은 리튬 이온을 흡착 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 양극 집전체(11) 위에 형성된다. 양극 활물질로는 활성탄 소재 및 활성탄 소재를 개선한 활성탄-금속산화물 복합소재, 전도성고분자-활성탄 복합소재, 탄소나노튜브를 사용할 수 있으며, 상기한 양극 활물질 중 l종 혹은 2종 이상을 사용할 수 있다. 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT; Single- wall NanoTube), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT; Multi-wall Nanotube) 또는 이중벽 탄소나노튜브(DWNT; Dual-wall Nanotube)를 포함한다. 또한 양극(13)은 탄소나노튜브의 입자 지름 또는 탄소나노튜브 사이의 층을 이온의 흡장구조로 가져가는 탄소재료 또는 도전성 고분자 및 그 혼합체를 기본 구조로 하여 이온의 흡장을 유도할 수 있는 활물질 재료를 포함할 수 있다. 한편 상기한 양극 활물질은 하나의 예시에 불과하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode 13 includes a positive electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and is formed on the positive electrode current collector 11. As the cathode active material, an activated carbon material and an activated carbon-metal oxide composite material, a conductive polymer-activated carbon composite material, and carbon nanotubes having improved activated carbon materials may be used, and one or two or more of the cathode active materials may be used. Carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes (SWNT; Single-wall NanoTube), multi-walled carbon nanotubes (MWNT; Multi-wall Nanotube) or double-walled carbon nanotubes (DWNT). In addition, the anode 13 is formed of a carbon material or a conductive polymer and a mixture thereof having the particle diameter of the carbon nanotubes or a layer between the carbon nanotubes as an ion storage structure, and an active material material capable of inducing ion storage. It may include. On the other hand, the above-mentioned positive electrode active material is only one example, but is not limited thereto.

음극(17)은 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 음극 집전체(20)의 일면에 형성된다. 음극(17)은 양극(13)과 마주보는 음극 집전체(20)의 일면에 형성된다. 음극 활물질로는 하드카본, 소프트카본, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화탄소 섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유 또는 열분해 탄소와 같은 탄소계 소재가 사용될 수 있다.The negative electrode 17 includes a negative electrode active material capable of inserting and detaching lithium ions, and is formed on one surface of the negative electrode current collector 20. The negative electrode 17 is formed on one surface of the negative electrode current collector 20 facing the positive electrode 13. As the negative electrode active material, a carbon-based material such as hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbead, petroleum coke, resin body, carbon fiber, or pyrolytic carbon may be used.

분리막(15)은 음극(17)와 양극(13) 사이에 개재되어 음극(17)과 양극(13)을 분리한다. 분리막(15)으로는 전해질 또는 전극 활물질 등에 대하여 내구성이 있는 연통 기공을 가지는 전자 전도성이 없는 다공체 등을 사용할 수 있다. 예컨대 분리막(15)으로는 다공성 폴리머 필름 또는 다공성 부직포 등이 사용될 수 있다.The separator 15 is interposed between the negative electrode 17 and the positive electrode 13 to separate the negative electrode 17 and the positive electrode 13. As the separator 15, a porous body having no electronic conductivity having communicating pores durable with respect to an electrolyte, an electrode active material, or the like can be used. For example, a porous polymer film or a porous nonwoven fabric may be used as the separator 15.

그리고 전해질은 리튬 이온의 염을 포함하는 액상 전해질 또는 폴리머 전해질을 포함한다. 리튬염으로는 LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등을 사용할 수 있다. 또한 리튬염을 용해시키는 용매로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, γ-부티로락톤, 아세트니트릴, 디메톡시 메탄, 테트라히드로푸란, 디옥소란, 염화 메틸렌, 설폰 등의 비양자성 유기용매를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또는 전해질로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트 또는 메틸 에틸 카보네이트를 포함하는 카보네이트계 액상 전해질, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), PVdF또는 PVdF-HFP를 포함하는 PVdF공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리옥소메탈레이트(POM), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리실록산계 등의 고체 매트릭스에 가소제를 첨가하는 겔 타입의 전해질을 사용할 수 있다. 전해질은 리튬염, 금속염 또는 유기염 전해질을 사용할 수 있고, 액체 전해질, 겔형 전해질, 고체전해질 또는 이온성 전해액과 같이 전해질의 형태에 영향을 받지 않는다. 여기서 전해질이 액상 형태일 때 전해질 내에는 분리막을 더 포함할 수 있으나, 겔형 전해질이나 고체 전해질의 경우 분리막의 도입이 생략될 수 있다.And the electrolyte includes a liquid electrolyte or a polymer electrolyte containing a salt of lithium ions. LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, or the like may be used as the lithium salt. As solvents for dissolving lithium salts, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, dimethoxy methane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, sulfone and the like Magnetic organic solvents may be used alone or in combination. Alternatively, the electrolyte may be a carbonate-based liquid electrolyte including propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate or methyl ethyl carbonate, polyethylene oxide (PEO), PVdF copolymer including PVdF or PVdF-HFP, polymethyl methacrylate (PMMA). Gel-type electrolyte which adds a plasticizer to solid matrices, such as a polyoxo metalate (POM), a polypropylene oxide (PPO), and a polysiloxane system, can be used. The electrolyte may use a lithium salt, metal salt or organic salt electrolyte, and is not affected by the form of the electrolyte, such as a liquid electrolyte, a gel electrolyte, a solid electrolyte, or an ionic electrolyte. Herein, when the electrolyte is in liquid form, the electrolyte may further include a separator, but in the case of the gel electrolyte or the solid electrolyte, introduction of the separator may be omitted.

이러한 슈퍼 커패시터(10)는 전기이중층 커패시터, 유사 커패시터 및 리튬 이온 커패시터 중에 하나일 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The supercapacitor 10 may be one of an electric double layer capacitor, a pseudo capacitor, and a lithium ion capacitor, but is not limited thereto.

염료감응 태양전지(30)는 슈퍼 커패시터(10)의 음극 집전체(20)를 공유하여 사용하며, 음극 집전체(20) 위에 형성되는 음극막(31), 투명 기판(33), 투명 양극 필름(35), 염료(36)를 흡착한 복수의 나노입자(37), 전해질(38) 및 실링제(39)를 포함한다.The dye-sensitized solar cell 30 is used by sharing the negative electrode current collector 20 of the super capacitor 10, the negative electrode film 31 formed on the negative electrode current collector 20, the transparent substrate 33, the transparent positive electrode film (35), a plurality of nanoparticles 37 adsorbed with the dye 36, an electrolyte 38 and a sealing agent 39 are included.

음극막(31)이 음극 집전체(20) 위에 형성된다. 음극막(31)으로는 백금막이 사용될 수 있다. 백금막은 산화-환원 쌍(Redox Couple)을 활성화시키는 촉매 역할을 수행한다.The negative electrode film 31 is formed on the negative electrode current collector 20. A platinum film may be used as the cathode film 31. The platinum film serves as a catalyst for activating the Redox Couple.

투명 기판(33)은 음극 집전체(20) 위에 마주보게 형성되며, 광투과성을 갖는다. 투명 기판(33)으로는 투명한 유리 또는 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 투명 기판(33)으로 플라스틱 소재를 사용하는 경우, 염료감응 태양전지(30)의 두께를 줄일 수 있는 이점이 있다. 투명한 플라스틱 소재로는 PET(poly ethylene Terephalate), PEN(Poly Ethylene Naphthelate), PC(Poly Carbonate), PP(Poly Propylene), PI(Poly Imide) 및 TAC(Tri acetyl cellulose) 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The transparent substrate 33 is formed to face the negative electrode current collector 20 and has a light transmissive characteristic. As the transparent substrate 33, a transparent glass or plastic material may be used. When using a plastic material as the transparent substrate 33, there is an advantage that can reduce the thickness of the dye-sensitized solar cell 30. As the transparent plastic material, polyethylene terephalate (PET), poly ethylene naphthelate (PEN), poly carbonate (PC), poly propylene (PP), poly imide (PI), and tri acetyl cellulose (TAC) can be used. It is not limited to.

투명 양극 필름(35)은 투명 기판(33) 아래에 형성되며, 음극막(31)과 마주보게 설치된다. 투명 양극 필름(35)으로는 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 불소 주석 산화물(Fluorine Tin Oxide; FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The transparent anode film 35 is formed under the transparent substrate 33 and is installed to face the cathode film 31. As the transparent anode film 35, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , SnO 2 -Sb 2 O 3 may be used, but is not limited thereto.

복수의 나노입자(37)는 각각 투명 기판(33)을 통하여 햇빛을 받으면 전기에너지를 생산하는 염료(36)를 흡착하고 있다. 이때 나노입자(37)로는 염료(36)를 흡착할 수 있는 반도체로서 나노 크기의 수 많은 입자들이 모여 있는 형태이며 전자가 염료(36)로부터 나와 이동하게 되는 통로를 제공한다. 예컨대 나노입자(37)로는 이산화티타늄(TiO2)이 주로 사용되며, 이산화티타늄으로는 투명한 이산화티타늄(transparent TiO2), 불투명한 이산화티타늄(opaque TiO2), 스캐터링 이산화티타늄(scattering TiO2) 등이 사용될 수 있다. 또한 나노입자(37)로 티타늄(Ti) 산화물을 단독으로 사용할 수 있으나, 티타늄(Ti) 산화물과 함께 지르코늄(Zr) 산화물, 스트론튬(Sr) 산화물, 징크(Zn) 산화물, 인듐(In) 산화물, 란타늄(La) 산화물, 나이오븀(Nb) 산화물, 마그네슘(Mg) 산화물, 알루미늄(Al) 산화물, 이트늄(Y) 산화물, 스칸듐(Sc) 산화물, 사마륨(Sm) 산화물 및 갈륨(Ga) 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 도핑하여 사용할 수도 있다.Each of the plurality of nanoparticles 37 adsorbs a dye 36 that produces electric energy when it receives sunlight through the transparent substrate 33. In this case, the nanoparticles 37 are semiconductors capable of adsorbing the dye 36, and a large number of nano-sized particles are collected and provide a passage through which electrons move out of the dye 36. For example the nanoparticles (37) include titanium dioxide (TiO 2) is mainly used, the titanium dioxide is transparent titanium dioxide (transparent TiO 2), non-transparent titanium dioxide (opaque TiO 2), scattering of titanium dioxide (scattering TiO 2) And the like can be used. In addition, titanium (Ti) oxide may be used alone as the nanoparticles 37, but together with titanium (Ti) oxide, zirconium (Zr) oxide, strontium (Sr) oxide, zinc (Zn) oxide, indium (In) oxide, With lanthanum (La) oxide, niobium (Nb) oxide, magnesium (Mg) oxide, aluminum (Al) oxide, yttrium (Y) oxide, scandium (Sc) oxide, samarium (Sm) oxide and gallium (Ga) oxide It may be used by doping one or more selected from the group consisting of.

염료(36)는 색을 물들이는 물질로 빛을 흡수하여 전자를 만들어낸다. 색을 띈다는 것은 자신이 가진 색에 해당하는 빛만 반사하고 나머지 빛을 모두 흡수한다는 것이다. 따라서 염료(36)로는 모든 가시광선 영역을 흡수하는 검은색 염료가 뛰어난 성능을 보인다. 여기서 염료(36)로는 유기금속 염료(organomaetallic dye)와 유기 염료(organic dye)를 포함하며, 예컨대 N3, N719, N 749, D719, Z907 등을 포함하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The dye 36 absorbs light into a material coloring the color to produce electrons. Coloring means reflecting only the light that corresponds to your color and absorbing all the rest. Therefore, as the dye 36, a black dye that absorbs all visible light regions shows excellent performance. Here, the dye 36 includes an organometallic dye and an organic dye, and examples thereof include, but are not limited to, N3, N719, N 749, D719, Z907, and the like.

전해질(38)은 전자를 배출한 염료(36)에 전자를 제공한다. 전해질(38)은 빛을 받은 염료(36)에서 전자가 빠져나가면 염료(36)는 전자가 비어있는 상태가 된다. 전자가 계속해서 이동하고 흘러야 전기가 발생되는데 이상 내보낼 전자가 없으면 전기가 발생될 수 없다. 따라서 전해질(38)은 염료(36)가 계속해서 전자를 내보낼 수 있도록 전자를 배출한 염료(36)에 전자를 제공한다. 이때 전해질(38)로는 액체전해질, 고체전해질, 겔 전해질 등이 사용될 수 있다. 액체전해질로는 염화나트륨, 황산, 염산, 수산화나트륨, 질산나트륨 용액이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The electrolyte 38 provides electrons to the dye 36 which discharged electrons. When the electrolyte 38 escapes electrons from the dye 36 which has received light, the dye 36 becomes empty. The electrons must continue to move and flow to generate electricity. If there is no electron to be exported, electricity cannot be generated. Thus, the electrolyte 38 provides electrons to the dye 36 that has emitted electrons so that the dye 36 can continue to emit electrons. In this case, a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, or the like may be used as the electrolyte 38. As the liquid electrolyte, sodium chloride, sulfuric acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide, sodium nitrate solution may be used, but is not limited thereto.

그리고 실링제(39)는 음극 집전체(20)와 투명 기판(33) 사이에 충전된 복수의 나노입자(37)와 전해질(38)을 밀봉한다.The sealing agent 39 seals the plurality of nanoparticles 37 and the electrolyte 38 filled between the negative electrode current collector 20 and the transparent substrate 33.

이와 같이 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)는 음극 집전체(20)의 공유를 통하여 슈퍼 커패시터(10)와 염료감응 태양전지(30)를 적층하여 하나의 소자로 제조할 수 있다. 이로 인해 염료감응 태양전지(30)에서 발전한 전기에너지를 공유한 음극 집전체(20)를 통하여 슈퍼 커패시터(10)에 저장할 수 있다.As described above, the self-charging composite battery 100 according to the present exemplary embodiment may be manufactured as a single device by stacking the super capacitor 10 and the dye-sensitized solar cell 30 through the sharing of the negative electrode current collector 20. Therefore, it is possible to store the supercapacitor 10 through the negative electrode current collector 20 sharing the electric energy generated in the dye-sensitized solar cell 30.

또한 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)는 염료감응 태양전지(30)와 슈퍼 커패시터(10)는 음극 집전체(20)를 공유하면서 일체화 되어 있기 때문에, 필요 이상으로 부피가 너무 커지는 문제를 해소할 수 있다.In addition, since the self-charging composite battery 100 according to the present embodiment is integrated while the dye-sensitized solar cell 30 and the super capacitor 10 are integrated while sharing the negative electrode current collector 20, the volume becomes too large than necessary. Can be solved.

또한 염료감응 태양전지(30)와 슈퍼 커패시터(10)를 개별적으로 제작하여 배선을 통해 서로 연결하는 것에 비해서, 염료감응 태양전지(30)와 슈퍼 커패시터(10)가 일체형으로 제작된 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)는 작업성 또한 뛰어난 이점을 갖고 있다.In addition, the dye-sensitized solar cell 30 and the supercapacitor 10 are separately manufactured and connected to each other through wiring, whereas the dye-sensitized solar cell 30 and the supercapacitor 10 are integrally manufactured. The self-charging composite battery 100 also has excellent workability.

또한 염료감응 태양전지(30)의 투명 양극 필름(35)이 설치되는 투명 기판(33)으로 유연성을 갖는 플라스틱 소재의 기판을 사용함으로써, 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)의 두께를 더욱 박형화하면서 제조원가를 낮출 수 있는 이점이 있다. In addition, by using a flexible plastic substrate as the transparent substrate 33 on which the transparent anode film 35 of the dye-sensitized solar cell 30 is installed, the thickness of the self-charging composite battery 100 according to the present embodiment is increased. There is an advantage that the manufacturing cost can be lowered while further thinning.

또한 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)는 염료감응 태양전지(30)를 구비하기 때문에, 실외 뿐만 아니라 실내에서도 사용할 수 있는 이점을 가지고 있다. 이로 인해 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)를, 도 3에 도시된 바와 같이, USN 센서노드(200)에 적용하여 USN 센서노드 모듈을 구현할 수 있다. 이러한 USN 센서노드 모듈은 염료감응 태양전지(30)를 이용하여 USN 센서노드(200)가 위치하는 다양한 조건의 실외에서 뿐만 아니라 실내의 경우에서도 발전하여 전기에너지를 슈퍼 커패시터(10)에 저장이 가능하다. USN 센서노드 모듈은 슈퍼 커패시터(10)에 저장된 전기에너지는 USN 센서노드(200)의 구동에 필요한 전원으로 사용할 수 있다. 이때 자가충전 복합전지(100)는 USN 센서노드(200)에 함께 설치할 때, 염료감응 태양전지(30)가 빛 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있도록, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 USN 센서노드(200)에 적층 방식으로 설치되거나, 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 수평적으로 설치될 수 있다.In addition, since the self-charging composite battery 100 according to the present embodiment includes the dye-sensitized solar cell 30, the self-charging composite battery 100 has an advantage that it can be used indoors as well as outdoors. For this reason, the self-charging composite battery 100 according to the present embodiment may be applied to the USN sensor node 200 as shown in FIG. 3 to implement the USN sensor node module. The USN sensor node module generates power in the supercapacitor 10 by generating electricity in the indoor as well as indoors under various conditions in which the USN sensor node 200 is located using the dye-sensitized solar cell 30. Do. The USN sensor node module may use the electric energy stored in the super capacitor 10 as a power source for driving the USN sensor node 200. In this case, when the self-charging composite battery 100 is installed together with the USN sensor node 200, the USN sensor as shown in FIG. 3 (a) may effectively absorb light energy of the dye-sensitized solar cell 30. The node 200 may be installed in a stacked manner or horizontally installed as shown in FIGS. 3B and 3C.

도 3의 (c)와 같이, USN 센서노드(200)에 수평적으로 자가충전 복합전지(100)가 설치되는 경우, USN 센서노드(200)에 대해서 자가충전 복합전지(100)가 회전할 수 있도록 회전부재(300)를 매개로 연결될 수 있다. 이와 같이 회전 가능하게 연결하는 이유는, 자가충전 복합전지(100)의 염료감응 태양전지(30)가 빛 에너지를 가장 효과적으로 흡수할 수 있는 방향을 향하도록 조절하기 위해서이다. 이때 본 실시예에서는 USN 센서노드(200)와 자가충전 복합전지(100)가 연결되는 방향을 축으로 자가충전 복합전지(100)가 회전부재(300)에 의해 회전 가능하게 연결된 예를 개시하였지만, USN 센서노드(200)와 자가충전 복합전지(100) 사이에 연결되는 회전부재(300)에 따라 자가충전 복합전지(100)는 다양한 방향으로 회전이 가능하게 연결될 수 있다.As shown in FIG. 3C, when the self-charging composite battery 100 is horizontally installed in the USN sensor node 200, the self-charging composite battery 100 may rotate with respect to the USN sensor node 200. It may be connected via a rotating member 300 so that. The reason for the rotatable connection as described above is to adjust the dye-sensitized solar cell 30 of the self-charging composite battery 100 to face the direction in which it can absorb light energy most effectively. In this embodiment, although the self-charging composite battery 100 is rotatably connected by the rotating member 300 based on the direction in which the USN sensor node 200 and the self-charging composite battery 100 are connected, The self-charging composite battery 100 may be rotatably connected in various directions according to the rotating member 300 connected between the USN sensor node 200 and the self-charging composite battery 100.

여기서 본 실시예에 따른 자가충전 복합전지(100)가 적용되는 전자기기로서 USN 센서노드(200)를 예시하였지만, 다른 전자기기에도 적용이 가능함은 물론이다.Here, although the USN sensor node 200 is illustrated as an electronic device to which the self-charging composite battery 100 according to the present embodiment is applied, of course, the present invention can be applied to other electronic devices.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

10 : 슈퍼 커패시터 11 : 양극 집전체
13 : 양극 15 : 분리막
17 : 음극 20 : 음극 집전체
30 : 염료감응 태양전지 31 : 음극막
33 : 투명 기판 35 : 투명 양극 필름
36 : 염료 37 : 나노입자
38 : 전해질 39 : 실링제
100 : 자가충전 복합전지 200 : USN 센서노드
300 : 회전부재
10: super capacitor 11: positive electrode current collector
13: anode 15: separator
17: negative electrode 20: negative electrode current collector
30 dye-sensitized solar cell 31 cathode film
33: transparent substrate 35: transparent anode film
36 dyes 37 nanoparticles
38 electrolyte 39 sealant
100: self-charging composite battery 200: USN sensor node
300: rotating member

Claims (8)

일측으로 음극 집전체가 노출된 슈퍼 커패시터;
상기 슈퍼 커패시터의 음극 집전체 위에 형성되며, 상기 음극 집전체를 공유하는 염료감응 태양전지;
를 포함하고,
상기 염료감응 태양전지는,
상기 음극 집전체에 형성된 음극막;
상기 음극 집전체 위에 마주보게 형성된 광투과성을 갖는 투명 기판;
상기 투명 기판 아래에 형성되며, 상기 음극막과 마주보는 투명 양극 필름;
상기 투명 기판을 통하여 햇빛을 받으면 전기에너지를 생산하는 염료를 흡착한 복수의 나노입자;
전자를 배출한 염료에 전자를 제공하는 전해질;
상기 음극 집전체와 상기 투명 기판 사이에 충전된 상기 복수의 나노입자와 전해질을 밀봉하는 실링제;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 복합전지.
A super capacitor in which a negative electrode current collector is exposed at one side;
A dye-sensitized solar cell formed on the negative electrode current collector of the super capacitor and sharing the negative electrode current collector;
Lt; / RTI >
The dye-sensitized solar cell,
A negative electrode film formed on the negative electrode current collector;
A transparent substrate having a light transmissive surface formed on the negative electrode current collector;
A transparent anode film formed under the transparent substrate and facing the cathode film;
A plurality of nanoparticles that adsorb dyes that produce electrical energy when sunlight is received through the transparent substrate;
An electrolyte that provides electrons to the dye that has emitted electrons;
A sealing agent for sealing the plurality of nanoparticles and an electrolyte filled between the negative electrode current collector and the transparent substrate;
Self-charging composite battery comprising a.
제1항에 있어서, 상기 슈퍼 커패시터는,
양극 집전체, 양극, 분리막, 음극 및 상기 음극 집전체가 차례로 형성되며, 상기 양극 및 상기 음극에 함침되는 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 복합전지.
The method of claim 1, wherein the super capacitor,
A positive electrode current collector, a positive electrode, a separator, a negative electrode and the negative electrode current collector is formed in sequence, and a self-charging composite battery comprising an electrolyte impregnated in the positive electrode and the negative electrode.
제1항에 있어서, 상기 슈퍼 커패시터는,
전기이중층 커패시터, 유사 커패시터 및 리튬 이온 커패시터 중에 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 복합전지.
The method of claim 1, wherein the super capacitor,
A self-charging composite cell comprising one of an electric double layer capacitor, a pseudo capacitor, and a lithium ion capacitor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 투명 기판은 유리 또는 플라스틱 소재이고, 상기 음극막은 백금막이고, 상기 투명 양극 필름은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 불소 주석 산화물(Fluorine Tin Oxide; FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3 및 SnO2-Sb2O3 중에 하나인 것을 특징으로 하는 자가충전 복합전지.
The method of claim 1,
The transparent substrate is a glass or plastic material, the cathode film is a platinum film, the transparent anode film is Indium Tin Oxide (ITO), Fluorine Tin Oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 and SnO 2 -Sb 2 O 3 A self-charging composite battery, characterized in that one.
제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 따른 자가충전 복합전지;
상기 자가충전 복합전지에 연결되며, 상기 자가충전 복합전지로부터 전원을 공급받아 구동하는 USN 센서노드;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 센서노드 모듈.
Claims 1 to 3, wherein the self-charging composite battery according to any one of claims 5;
A USN sensor node connected to the self-charging composite battery and driven by receiving power from the self-charging composite battery;
USN sensor node module comprising a.
제6항에 있어서,
상기 자가충전 복합전지가 상기 USN 센서노드에 수평적 또는 수직적으로 연결되어 설치되는 것을 특징으로 하는 USN 센서노드 모듈.
The method according to claim 6,
The USN sensor node module, characterized in that the self-charging composite battery is installed connected to the USN sensor node horizontally or vertically.
제6항에 있어서,
상기 자가충전 복합전지를 상기 USN 센서노드에 회전 가능하게 연결시키는 회전부재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 USN 센서노드 모듈.
The method according to claim 6,
A rotating member rotatably connecting the self-charging composite battery to the USN sensor node;
USN sensor node module further comprises.
KR1020120043353A 2012-04-25 2012-04-25 Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same KR101325632B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120043353A KR101325632B1 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120043353A KR101325632B1 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130120246A KR20130120246A (en) 2013-11-04
KR101325632B1 true KR101325632B1 (en) 2013-11-07

Family

ID=49850988

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120043353A KR101325632B1 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101325632B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111952080B (en) * 2019-05-17 2022-08-16 清华大学 Energy storage device capable of being charged in situ
KR102466304B1 (en) * 2021-04-22 2022-11-10 연세대학교 산학협력단 Self heat-chargeable super capacitor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030064783A (en) * 2000-11-09 2003-08-02 에프오씨 프랑켄버그 오일 컴패니 이에스티. A supercapacitor and a method of manufacturing such a supercapacitor
KR20070060986A (en) * 2005-12-08 2007-06-13 한국전자통신연구원 Power source device for sensor nodes of ubiquitous sensor network
KR20080081657A (en) * 2007-03-06 2008-09-10 한국전자통신연구원 Hybrid power supplying device for sensor node and method thereof
KR20090061300A (en) * 2007-12-11 2009-06-16 삼성전자주식회사 Complex lithium secondary battery and electronic device employing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030064783A (en) * 2000-11-09 2003-08-02 에프오씨 프랑켄버그 오일 컴패니 이에스티. A supercapacitor and a method of manufacturing such a supercapacitor
KR20070060986A (en) * 2005-12-08 2007-06-13 한국전자통신연구원 Power source device for sensor nodes of ubiquitous sensor network
KR20080081657A (en) * 2007-03-06 2008-09-10 한국전자통신연구원 Hybrid power supplying device for sensor node and method thereof
KR20090061300A (en) * 2007-12-11 2009-06-16 삼성전자주식회사 Complex lithium secondary battery and electronic device employing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130120246A (en) 2013-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. Integrated photorechargeable energy storage system: next‐generation power source driving the future
Gurung et al. Solar charging batteries: advances, challenges, and opportunities
Liu et al. Novel integration of perovskite solar cell and supercapacitor based on carbon electrode for hybridizing energy conversion and storage
Namsheer et al. Photo-powered integrated supercapacitors: a review on recent developments, challenges and future perspectives
US20090146604A1 (en) Complex lithium secondary battery and electronic device employing the same
EP1727167A2 (en) Photochargeable layered capacitor comprising photovoltaic electrode unit and layered capacitor unit
JP2007095682A (en) Laminate type photovoltaic element and its manufacturing method
Sahoo et al. Self-charging supercapacitors for smart electronic devices: A concise review on the recent trends and future sustainability
JP2009071262A (en) Private charging type secondary battery using light energy
JP6581983B2 (en) Transparent automatic photorechargeable electrochemical device
CN101567274B (en) Dye-sensitized solar battery using compound semiconductor material
CN104040779A (en) Apparatus and method of manufacturing apparatus
Manopriya et al. The prospects and challenges of solar electrochemical capacitors
Bi et al. In-plane micro-sized energy storage devices: From device fabrication to integration and intelligent designs
JP2004221531A (en) Light chargeable laminated electric double-layered capacitor
KR101325632B1 (en) Self-charging hybrid battery and USN sensor node module using the same
Shah et al. Recent Advancements in Light-responsive Supercapacitors
JP4473541B2 (en) Photochargeable secondary battery and electrochemical capacitor
Divya et al. Smart Nanomaterials in Energy Applications
KR102028677B1 (en) Multilayer lithium-ion capacitor comprising graphene electrode
KR20100098224A (en) Solar battery, battery using the same, and method for manufacturing solar battery
Kansal et al. Integrated energy generation and storage systems for low‐power device applications
JP2012054537A (en) Electric double layer capacitor and photovoltaic device
KR101802936B1 (en) Solar cell including thin film type battery and method of fabricating the same
JP5882598B2 (en) Electrochemical capacitor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee