KR101973011B1 - Triboelectric energy harvester having conductive sponge - Google Patents

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KR101973011B1
KR101973011B1 KR1020170154242A KR20170154242A KR101973011B1 KR 101973011 B1 KR101973011 B1 KR 101973011B1 KR 1020170154242 A KR1020170154242 A KR 1020170154242A KR 20170154242 A KR20170154242 A KR 20170154242A KR 101973011 B1 KR101973011 B1 KR 101973011B1
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conductive
sponge
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conductive sponge
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KR1020170154242A
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Inventor
박진형
김동섭
윤주섭
한마음
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한국생산기술연구원
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04Friction generators

Abstract

The present invention relates to a triboelectric power generation device comprising: an upper substrate including a first electrode structure having a conductive sponge structure; a lower substrate including a second electrode structure having the conductive sponge structure; a polymer film formed on the second electrode structure so that the lower substrate is charged with a negative voltage relative to the upper substrate; and a spacer disposed between the first electrode structure and the second electrode structure to form a space between the first electrode structure and the second electrode structure. The first electrode structure and the second electrode structure generate electrical energy by using friction energy generated as the first electrode structure and the second electrode structure are in contact with and are separated from each other.

Description

도전성 스펀지 구조를 가지는 마찰 발전 장치{Triboelectric energy harvester having conductive sponge}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a triboelectric energy harvester having conductive sponge,

본 발명은 도전성 스펀지 구조를 가지는 마찰 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a friction generating device having a conductive sponge structure.

에너지 하베스팅 기술은 크게 중력 에너지, 열전 에너지, 광 에너지, 전자파 에너지, 진동 에너지 등을 수집하여 전기를 생산하는 기술이다. 이들 기술은 공통적으로 에너지원이 불규칙하며 주변환경에 의해 에너지 효율이 크게 달라진다는 문제점이 있다.Energy harvesting technology is a technology to produce electricity by collecting gravitational energy, thermoelectric energy, light energy, electromagnetic wave energy and vibration energy. These technologies have a problem in that the energy source is irregular and the energy efficiency is largely changed due to the surrounding environment.

예를 들어, 빛을 이용해 에너지를 하베스팅 하는 경우, 에너지 하베스팅 장치가 반드시 빛에 노출되어야 하는바 건물 내부에 있을 경우에는 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 또한, 열전(Thermoelectric) 재료를 이용해 에너지를 하베스팅 하는 경우 에너지 하베스팅 장치의 안과 밖의 온도차가 커야만 효과를 볼 수 있다는 문제점이 있다.For example, when energy is harvested using light, the energy harvesting device must be exposed to light, which causes a problem in that efficiency is lowered when the energy harvesting device is inside the building. Further, when energy is hubbed using a thermoelectric material, there is a problem that the effect can be obtained only if the temperature difference between the inside and the outside of the energy harvesting device is large.

이에 비해, 마찰대전 효과(triboelectric effect)를 이용하여 진동에너지를 수집하여 에너지를 하베스팅하는 방식의 경우, 비교적 구조가 간단하고 높은 에너지 변환 효율을 갖는다. 다만, 기존의 마찰 발전을 이용한 에너지 하베스팅 장치는 단단한 재질의 전극 구조체를 사용하여 다양한 장치 및 장소에 구현하는 것에 한계가 있었다.In contrast, in the case of the method of collecting the vibration energy by using the triboelectric effect and hobbling the energy, the structure is relatively simple and has a high energy conversion efficiency. However, the conventional energy harvesting apparatus using friction power has a limit to be implemented in various devices and places by using a rigid electrode structure.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 도전성 스펀지 구조를 가지는 전극 구조체로 구현된 마찰 발전 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a friction power generation device realized with an electrode structure having a conductive sponge structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 발전 장치는 도전성 스펀지 구조를 가지는 제1 전극 구조체를 포함하는 상부 기판, 도전성 스펀지 구조를 가지는 제2 전극 구조체를 포함하는 하부 기판, 상기 하부 기판이 상기 상부 기판에 비해 상대적으로 음(-)으로 대전되도록 상기 제2 전극 구조체 상에 형성된 폴리머막, 그리고 상기 제1 전극 구조체와 상기 제2 전극 구조체 사이에 배치되어 상기 제1 전극 구조체와 상기 제2 전극 구조체 사이에 공간을 형성하는 스페이서를 포함하며, 상기 제1 전극 구조체와 상기 제2 전극 구조체가 서로 접촉하고 분리됨에 따라 발생하는 마찰 에너지를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다.The friction power generating apparatus according to an embodiment of the present invention includes an upper substrate including a first electrode structure having a conductive sponge structure, a lower substrate including a second electrode structure having a conductive sponge structure, And a second electrode structure disposed between the first electrode structure and the second electrode structure, the polymer film being formed on the second electrode structure so as to be charged with a negative voltage relative to the first electrode structure and the second electrode structure, And generates electrical energy by using a friction energy generated as the first electrode structure and the second electrode structure come into contact with and separate from each other.

상기 도전성 스펀지 구조는 스펀지 구조 물질의 기공마다 하나 이상의 도전성 물질이 배치된 형태로 구성된다.The conductive sponge structure is configured such that at least one conductive material is disposed for each pore of the sponge structure material.

상기 스펀지 구조 물질은 폴리우레탄(Polyurethane]), 폴리머인(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 도전성 물질은 금속체, 그라핀(Graphene), 은 나노 와이어(Ag nano wire), CNT(Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나를 포함한다.Wherein the sponge structure material comprises at least one of polyurethane, polydimethylsiloxane, Ecoflex, and Teflon, and the conductive material is at least one selected from the group consisting of a metal body, a graphene, Wire (Ag nano wire), and carbon nanotube (CNT).

상기 제1 전극 구조체 및 상기 제2 전극 구조체 중 적어도 하나는 전극 구조체의 내측에 다수의 돌기가 형성되어있다.At least one of the first electrode structure and the second electrode structure has a plurality of protrusions formed inside the electrode structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 마찰 발전 장치는 구동축이 회전함에 따라 회전하고, 도전성 스펀지 구조를 가지는 제3 전극 구조체, 상기 제3 전극 구조체와 이격되어 외곽에 형성된 원통형의 고정판, 상기 원통형의 고정판의 내측에 일정한 간격으로 형성되고, 도전성 스펀지 구조를 가지는 제4 전극 구조체, 그리고 상기 제3 전극 구조체 또는 상기 제4 전극 구조체 중 어느 하나를 감싸는 폴리머막을 포함하고, 상기 구동축이 회전함에 따라 상기 제3 전극 구조체와 상기 제4 전극 구조체가 서로 마찰되거나 상기 제3 전극 구조체와 상기 제4 전극 구조체 사이의 간격이 변화됨으로써 전기 에너지를 발생시킨다.A rotary type friction power generation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a third electrode structure rotating with rotation of a drive shaft and having a conductive sponge structure, a cylindrical fixed plate spaced apart from the third electrode structure, A fourth electrode structure formed on the inner side of the fixed plate at regular intervals and having a conductive sponge structure and a polymer film surrounding any one of the third electrode structure and the fourth electrode structure, The third electrode structure and the fourth electrode structure rub against each other or an interval between the third electrode structure and the fourth electrode structure is changed to generate electrical energy.

상기 도전성 스펀지 구조는 스펀지 구조 물질의 기공마다 하나 이상의 도전성 물질이 배치된 형태로 구성된다.The conductive sponge structure is configured such that at least one conductive material is disposed for each pore of the sponge structure material.

상기 스펀지 구조 물질은 폴리우레탄(Polyurethane]), 폴리머인(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 도전성 물질은 금속체, 그라핀(Graphene), 은 나노 와이어(Ag nano wire), CNT(Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나를 포함한다.Wherein the sponge structure material comprises at least one of polyurethane, polydimethylsiloxane, Ecoflex, and Teflon, and the conductive material is at least one selected from the group consisting of a metal body, a graphene, Wire (Ag nano wire), and carbon nanotube (CNT).

상기 제3 전극 구조체 및 상기 제4 전극 구조체 중 적어도 하나는 전극 구조체의 내측에 다수의 돌기가 형성되어 있다.At least one of the third electrode structure and the fourth electrode structure has a plurality of protrusions formed inside the electrode structure.

본 발명에 따르면, 도전성 스펀지 구조를 가지는 전극 구조체로 마찰 발전 장치를 구현하여 장치의 유연성을 확보함으로써, 단단한 재질의 전극 구조체로 구현된 마찰 발전 장치보다 다양한 환경에서 높은 효율로 에너지를 수집할 수 있다.According to the present invention, the frictional power generation device is implemented with the electrode structure having the conductive sponge structure to secure the flexibility of the device, so that it is possible to collect energy with high efficiency in various environments than the friction power generation device realized with the electrode structure of the hard material .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도전성 스펀지 구조를 가지는 마찰 발전 장치의 사시도 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체의 단면도이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 마찰 발전 장치의 단면도 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 회전형 마찰 발전 장치를 도시한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a friction stir welding apparatus having a conductive sponge structure according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a cross-sectional view of an electrode structure according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are diagrams showing a cross-sectional structure of a friction generator according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a rotary type friction power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 도전성 스펀지 구조를 가지는 마찰 발전 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a friction generative apparatus having a conductive sponge structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도전성 스펀지 구조를 가지는 마찰 발전 장치의 사시도 구조를 도시한 도면이다. 이때, 마찰 발전 장치 구조는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a friction stir welding apparatus having a conductive sponge structure according to an embodiment of the present invention; FIG. At this time, the frictional power generator structure is only shown in schematic configuration required for explanation according to the embodiment of the present invention, and is not limited to this configuration.

도 1을 참고하면, 마찰 발전 장치(100)는 기판(110), 전극 구조체(120), 폴리머막(130) 및 스페이서(140)를 포함하며, 기판(110)은 상부 기판(111) 및 하부 기판(112)을 포함하고, 전극 구조체(120)는 제1 전극 구조체(121) 및 제2 전극 구조체(122)를 포함한다.1, the friction power generation apparatus 100 includes a substrate 110, an electrode structure 120, a polymer film 130, and a spacer 140. The substrate 110 includes an upper substrate 111, And a substrate 112. The electrode structure 120 includes a first electrode structure 121 and a second electrode structure 122.

기판(110)은 상하부에 각각 위치하여 전극 구조체(120)를 지지하며, 각 기판(110)의 전하는 전극 구조체(120) 및 폴리머막(130)에 영향을 받는다. 후술할 바와 같이, 기판(110)이 전극 구조체(110)만을 포함하는 경우 기판(110)의 전하는 양(+)으로 대전되며, 기판이(110)이 폴리머막(130)이 도포된 전극 구조체(110)를 포함하는 경우 기판(110)의 전하는 전체적으로 음(-)으로 대전될 수 있다.The substrate 110 is positioned on the upper and lower sides to support the electrode structure 120 and the charge of each substrate 110 is affected by the electrode structure 120 and the polymer film 130. As described later, when the substrate 110 includes only the electrode structure 110, the charge of the substrate 110 is positively charged, and the substrate 110 is electrically charged with the electrode structure 110 coated with the polymer film 130 110, the charge of the substrate 110 may be negatively charged as a whole.

전극 구조체(120)는 도전성 스펀지 구조를 가지는 전극이며, 구체적으로 스펀지 구조 물질에 도전성 물질이 혼합된 형태로 구성된다. 전극 구조체(120)의 구조는 도 2를 통해 자세히 설명한다.The electrode structure 120 is an electrode having a conductive sponge structure. Specifically, the electrode structure 120 is composed of a conductive material mixed with the sponge structure material. The structure of the electrode structure 120 will be described in detail with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 구조체의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an electrode structure according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 전극 구조체(120)는 스펀지 구조 물질로 구성되어 있으며 스펀지 구조 물질을 이루고 있는 기공들마다 적어도 하나 이상의 도전성 물질이 배치된 형태로 구성된다.Referring to FIG. 2, the electrode structure 120 is formed of a sponge structure material, and at least one conductive material is disposed for each of the pores constituting the sponge structure material.

구체적으로, 전극 구조체(120)는 스펀지 구조 물질의 기공 내에 미리 설정된 밀도만큼의 도전성 물질을 파티클(particle)과 같이 배치시킴으로써 형성될 수 있다.Specifically, the electrode structure 120 may be formed by disposing a conductive material having a predetermined density in the pores of the sponge structure material as particles.

이 경우, 미리 설정된 밀도가 클수록 전극 구조체(120)의 전도성을 높아질 수 있으나 내부의 금속 물질의 빈도가 높아지는바 전극 구조체(120)의 유연성은 낮아질 수 있다. 반대로, 미리 설정된 밀도가 작을수록 스펀지 내부의 금속 물질의 빈도가 낮아져서 전극 구조체(120)의 전도성은 낮아지나 유연성은 높아질 수 있다. 미리 설정된 밀도값은 실험 또는 전극 구조체(120)가 구현되는 환경에 따라 다르게 설정될 수 있다.In this case, the greater the predetermined density, the higher the conductivity of the electrode structure 120, but the flexibility of the bar structure 120, which increases the frequency of the metal material inside the electrode structure 120, can be lowered. Conversely, the smaller the density is set, the lower the frequency of the metal material in the sponge is, and the conductivity of the electrode structure 120 is lowered, but the flexibility can be increased. The predetermined density value may be set differently depending on the environment in which the experiment or electrode structure 120 is implemented.

스펀지 구조 물질은 폴리우레탄(Polyurethane]), 폴리머인(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The sponge structure material may include, but is not limited to, at least one of polyurethane, polydimethylsiloxane, Ecoflex, and Teflon.

도전성 물질은 금속체, 그라핀(Graphene), 은 나노 와이어(Ag nano wire), CNT(Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 금속의 예로는 Al, Mg, Cu, Lead, Fe, Ni, Ag, Pt, Au 및 이들의 합금 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.The conductive material may include at least one of a metal body, a graphene, a silver nano wire, and a carbon nanotube (CNT). However, examples of the metal include Al, Mg, Cu , Lead, Fe, Ni, Ag, Pt, Au, and alloys thereof.

전극 구조체(120)는 금속 등을 포함하는 도전성 물질로 구성된바, 상대적으로 양(+)으로 대전된다.The electrode structure 120 is composed of a conductive material including a metal or the like, and is relatively positively charged.

다시 도 1로 되돌아가면, 폴리머막(130)은 제2 전극 구조체(122)를 포함하는하부 기판(112)이 제1 전극 구조체(121)를 포함하는 상부 기판(111)에 비해 상대적으로 음(-)으로 대전되도록 제2 전극 구조체(122) 상에 형성된다.Referring back to FIG. 1, the polymer film 130 is formed on the lower substrate 112 including the second electrode structure 122, as compared with the upper substrate 111 including the first electrode structure 121, -). ≪ / RTI >

구체적으로, 폴리머막(130)은 양(+)으로 대전된 제2 전극 구조체(120)의 내측(제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122)가 서로 바라보는 측)에 도포되어 하부 기판(112) 전체의 전하가 상부 기판(111)에 비해 음(-)으로 대전되도록 한다. 이 경우, 내측에 폴리머막(130)이 형성된 제2 전극 구조체(122)는 더 이상 양(+)전하를 띄지 않으며 전도성이 있는 전극 구조체가 된다.Specifically, the polymer film 130 is applied to the inside (the side where the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 face each other) of the positively charged second electrode structure 120 So that the charge of the entire lower substrate 112 is negatively charged compared to the upper substrate 111. In this case, the second electrode structure 122 in which the polymer film 130 is formed on the inner side is no longer exposed to positive charge and becomes a conductive electrode structure.

폴리머막(130)은 전도성 폴리머일 수 있으며, 예를 들면, PCBM([6,6]- phenyl-C85 butyric acid methyl ester)등을 포함할 수 있다. 하지만 전술한 물질은 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되지 않는다.The polymer film 130 may be a conductive polymer, and may include, for example, PCBM ([6,6] -phenyl-C85 butyric acid methyl ester). However, the above-mentioned materials are not limited to those exemplified.

비록 도 1에서는 폴리머막(130)이 제2 전극 구조체(111)에 도포되는 것으로 도시되었으나, 다른 실시예에서 마찰 발전 장치(100)의 상부에 위치하는 제1 전극 구조체(112)를 감싸는 것도 가능하다. 이 경우, 상부 기판(111)이 하부 기판(112)에 비해 상대적으로 음(-)으로 대전되게 된다. 즉, 폴리머막(130)은 제1 전극 구조체(121) 또는 제2 전극 구조체(122) 중 어느 하나에 도포될 수 있다.Although the polymer film 130 is shown as being applied to the second electrode structure 111 in FIG. 1, it is also possible to wrap the first electrode structure 112 located at the top of the triboelectric device 100 in another embodiment Do. In this case, the upper substrate 111 is relatively negatively charged compared to the lower substrate 112. That is, the polymer film 130 may be applied to either the first electrode structure 121 or the second electrode structure 122.

스페이서(140)는 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122) 사이에 배치되어 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122) 사이에 공간을 형성한다.The spacer 140 is disposed between the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 to form a space between the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122.

스페이서(140)는 일정한 구간 마다 설치된 기둥 모양의 지지대일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 다른 실시예에서, 스페이서(140)는 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122) 사이에 위치하여 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122)가 접속되거나 분리되도록 하는 탄성을 갖는 스프링으로도 구성될 수 있다.The spacers 140 may be columnar supports installed at predetermined intervals, but are not limited thereto. That is, in another embodiment, the spacer 140 is positioned between the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 so that the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 are connected or disconnected And a spring having elasticity so as to make it possible.

스페이서(140)에 의해 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122) 사이에 공간이 형성되면, 제1 전극 구조체(121) 및 제2 전극 구조체(122)는 구부러지거나 휘어질 수 있으므로 외부의 힘에 의해 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체가 서로 접촉하거나 이들 간 공간의 간격이 변화될 수 있다. 이 때, 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122) 사이에 마찰 대전이 발생하며, 이를 통해 전기 에너지가 발생하게 된다.If a space is formed between the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 by the spacer 140, the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 may be bent or bent The first electrode structure 121 and the second electrode structure may be in contact with each other or the space between the first electrode structure 121 and the second electrode structure may be changed by an external force. At this time, triboelectrification occurs between the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122, thereby generating electrical energy.

도 3 내지 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 마찰 발전 장치의 단면도 구조를 도시한 도면이다.3 to 5 are diagrams showing a cross-sectional structure of a friction generator according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 마찰 발전 장치(100)는 도전성 스펀지 구조를 가지는 제1 전극 구조체(121) 및 제2 전극 구조체(122), 제1 전극 구조체(121) 또는 제2 전극 구조체(122) 중 어느 하나를 감싸는 폴리머막(130), 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122) 사이에 배치되어 공간을 형성하는 스페이서(140)을 포함한다.3, the friction power generation apparatus 100 includes a first electrode structure 121 and a second electrode structure 122 having a conductive sponge structure, a first electrode structure 121 or a second electrode structure 122 A polymer film 130 that surrounds one of the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122, and a spacer 140 that is disposed between the first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 to form a space.

제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체(122)는 모두 판 형상을 가질 수 있고, 스페이서(140)는 제1 전극 구조체(121)와 제2 전극 구조체에 수직한 방향으로 형성되어 있을 수 있다. 또한, 도 1에서 설명된 바와 같이, 폴리머막(130)은 제1 전극 구조체(121) 또는 제2 전극 구조체(122) 중 어느 하나를 감싸는 형태로 구현될 수 있다.The first electrode structure 121 and the second electrode structure 122 may have a plate shape and the spacer 140 may be formed in a direction perpendicular to the first electrode structure 121 and the second electrode structure. have. 1, the polymer film 130 may be formed so as to surround either the first electrode structure 121 or the second electrode structure 122. In addition,

도 4 및 도 5를 참고하면, 전극 구조체(120) 중 적어도 하나는 내측에 다수의 돌기가 형성되어 있을 수 있다. 도 4의 경우 전극 구조체(120) 중 어느 하나에만 내측에 돌기가 형성된 경우이며, 도 5의 경우 전극 구조체(120) 모두에 내측에 돌기가 형성된 경우를 도시한 것이다.Referring to FIGS. 4 and 5, at least one of the electrode structures 120 may have a plurality of protrusions formed therein. 4, protrusions are formed on only one of the electrode structures 120, and FIG. 5 shows a case where protrusions are formed on the inner sides of all the electrode structures 120.

도 4 및 도 5의 경우에도, 폴리머막(130)은 돌기 형성 여부와 무관하게 전극 구조체(120) 중 어느 하나에 도포되어 해당 전극 구조체를 포함하는 기판의 전하를 전체적으로 음(-)으로 대전시킬 수 있다.4 and 5, the polymer film 130 is applied to any one of the electrode structures 120 irrespective of whether or not the projections are formed, and the charge of the substrate including the electrode structure is entirely negatively charged .

전극 구조체(120)의 표면이 돌기 형태로 형성되는 경우, 돌기가 형성된 측은 표면적이 증가하여 전극 구조체(120)가 판 형상을 가진 경우보다 스펀지 구조 물질의 단위면적당 차지하는 도전성 물질의 비율이 증가하게 된다. 따라서, 동일한 면적에 대해 더 높은 에너지 효율을 가질 수 있다.In the case where the surface of the electrode structure 120 is formed as a protrusion, the surface area of the protrusion is increased, and the ratio of the conductive material occupied per unit area of the sponge structure material is increased as compared with the case where the electrode structure 120 has a plate shape . Thus, it can have higher energy efficiency for the same area.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 회전형 마찰 발전 장치를 도시한 도면이다.6 is a view showing a rotary type friction power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 회전형 마찰 발전 장치(200)는 구동축(210), 고정판(220),전극 구조체(230) 및 폴리머막(240)을 포함하며, 전극 구조체(230)는 제3 전극 구조체(231) 및 제4 전극 구조체(232)를 포함한다.6, the rotary type friction generator 200 includes a drive shaft 210, a fixing plate 220, an electrode structure 230 and a polymer film 240, and the electrode structure 230 includes a third electrode structure 230, A second electrode structure 231 and a fourth electrode structure 232.

전극 구조체(230)는 도 1 및 도 2에서 설명한 전극 구조체(120)와 다른 부분을 중심으로 설명한다.The electrode structure 230 will be described mainly with respect to the electrode structure 120, which is different from the electrode structure 120 described with reference to FIG. 1 and FIG.

구동축(210)은 구동 장치(미도시)에 의해 회전동력을 얻어 자유회전 운동을 수행한다.The drive shaft 210 receives a rotational power by a driving device (not shown) to perform a free rotational motion.

제3 전극 구조체(231)는 구동축(210)에 일정한 간격으로 방사상으로 고정되어 구동축(210)이 회전함에 따라 회전하며, 도전성 스펀지 구조를 갖는다. 즉, 제3 전극 구조체(231)는 도전성 스펀지 구조를 가지므로 다양한 형태로 구현될 수 있는바 구동축(210)에 결합된 다수의 프로펠러의 형태로 구현될 수 있다.The third electrode structure 231 is radially fixed to the drive shaft 210 at a predetermined interval and rotates as the drive shaft 210 rotates, and has a conductive sponge structure. That is, since the third electrode structure 231 has a conductive sponge structure, the third electrode structure 231 can be realized in various forms, such as a plurality of propellers coupled to the driving shaft 210.

고정판(220)은 제3 전극 구조체(231)와 이격되어 그 주변을 원통형태로 둘러싸며 형성된다.The fixing plate 220 is formed so as to surround the third electrode structure 231 and surround the periphery thereof.

제4 전극 구조체(232)는 고정판(220)의 내측에 일정한 간격으로 형성되고, 도전성 스펀지 구조를 가진다. 제3 전극 구조체(231)와 제4 전극 구조체(232)는 구동축(210)의 회전에 의해 제3 전극 구조체(231)가 회전함에 따라 주기적으로 서로 마찰되거나 이들 사이의 간격이 변화됨으로써 전기 에너지를 발생시킨다.The fourth electrode structure 232 is formed at regular intervals on the inner side of the fixing plate 220, and has a conductive sponge structure. The third electrode structure 231 and the fourth electrode structure 232 periodically rub against each other as the third electrode structure 231 rotates due to the rotation of the drive shaft 210 or the gap between the third electrode structure 231 and the fourth electrode structure 232 changes, .

폴리머막(240)은 제3 전극 구조체(231) 또는 제4 전극 구조체(232) 중 어느 하나를 감싸는 전도성 폴리머 일 수 있다. 즉, 비록 도 6에서는 폴리머막(240)이 제 4 전극 구조체를 감싸는 것으로 도시되었으나, 다른 실시예에서 제3 전극 구조체(231)를 감싸는 형태로 구현될 수 있다.The polymer film 240 may be a conductive polymer that surrounds either the third electrode structure 231 or the fourth electrode structure 232. In other words, although the polymer film 240 is illustrated as covering the fourth electrode structure in FIG. 6, the third electrode structure 231 may be formed to surround the third electrode structure 231 in another embodiment.

본 발명에 따르면, 도전성 스펀지 구조를 가지는 전극 구조체로 마찰 발전 장치를 구현하여 장치의 유연성을 확보함으로써, 단단한 재질의 전극 구조체로 구현된 마찰 발전 장치보다 다양한 환경에서 높은 효율로 에너지를 수집할 수 있다.According to the present invention, the frictional power generation device is implemented with the electrode structure having the conductive sponge structure to secure the flexibility of the device, so that it is possible to collect energy with high efficiency in various environments than the friction power generation device realized with the electrode structure of the hard material .

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (8)

마찰 발전 장치로서,
도전성 스펀지 구조를 가지는 제1 전극 구조체를 포함하는 상부 기판,
도전성 스펀지 구조를 가지는 제2 전극 구조체를 포함하는 하부 기판,
상기 하부 기판이 상기 상부 기판에 비해 상대적으로 음(-)으로 대전되도록 상기 제2 전극 구조체 상에 형성된 폴리머막, 그리고
상기 제1 전극 구조체와 상기 제2 전극 구조체 사이에 배치되어 상기 제1 전극 구조체와 상기 제2 전극 구조체 사이에 공간을 형성하는 스페이서를 포함하며,
상기 제1 전극 구조체와 상기 제2 전극 구조체가 서로 접촉하고 분리됨에 따라 발생하는 마찰 에너지를 이용하여 전기 에너지를 발생시키고,
상기 도전성 스펀지 구조는 스펀지 구조 물질의 기공마다 하나 이상의 도전성 물질이 미리 설정된 밀도만큼 파티클(particle)과 같이 배치된 형태로 구성되는 마찰 발전 장치.
As a friction generator,
An upper substrate including a first electrode structure having a conductive sponge structure,
A lower substrate including a second electrode structure having a conductive sponge structure,
A polymer film formed on the second electrode structure such that the lower substrate is charged with a negative voltage relative to the upper substrate,
And a spacer disposed between the first electrode structure and the second electrode structure to form a space between the first electrode structure and the second electrode structure,
Generating electric energy by using a friction energy generated as the first electrode structure and the second electrode structure are in contact with and separated from each other,
Wherein the conductive sponge structure is configured such that at least one conductive material for each pore of the sponge structure material is arranged as particles with a predetermined density.
삭제delete 제1항에서,
상기 스펀지 구조 물질은
폴리우레탄(Polyurethane]), 폴리머인(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 도전성 물질은
금속체, 그라핀(Graphene), 은 나노 와이어(Ag nano wire), CNT(Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나를 포함하는 마찰 발전 장치.
The method of claim 1,
The sponge structure material
At least one of polyurethane, polydimethylsiloxane, Ecoflex, and Teflon,
The conductive material
And at least one of a metal body, a Graphene, a silver nano wire, and a carbon nanotube (CNT).
제1항에서,
상기 제1 전극 구조체 및 상기 제2 전극 구조체 중 적어도 하나는
전극 구조체의 내측에 다수의 돌기가 형성되어 있는 마찰 발전 장치.
The method of claim 1,
Wherein at least one of the first electrode structure and the second electrode structure
And a plurality of projections are formed inside the electrode structure.
회전형 마찰 발전 장치로서,
구동축이 회전함에 따라 회전하고, 도전성 스펀지 구조를 가지는 제3 전극 구조체,
상기 제3 전극 구조체와 이격되어 외곽에 형성된 원통형의 고정판,
상기 원통형의 고정판의 내측에 일정한 간격으로 형성되고, 도전성 스펀지 구조를 가지는 제4 전극 구조체, 그리고
상기 제3 전극 구조체 또는 상기 제4 전극 구조체 중 어느 하나를 감싸는 폴리머막을 포함하고,
상기 구동축이 회전함에 따라 상기 제3 전극 구조체와 상기 제4 전극 구조체가 서로 마찰되거나 상기 제3 전극 구조체와 상기 제4 전극 구조체 사이의 간격이 변화됨으로써 전기 에너지를 발생시키고,
상기 도전성 스펀지 구조는 스펀지 구조 물질의 기공마다 하나 이상의 도전성 물질이 미리 설정된 밀도만큼 파티클과 같이 배치된 형태로 구성되는 회전형 마찰 발전 장치.
As a rotary type friction generator,
A third electrode structure that rotates as the drive shaft rotates and has a conductive sponge structure,
A cylindrical fixed plate spaced apart from the third electrode structure,
A fourth electrode structure formed on the inside of the cylindrical fixed plate at regular intervals and having a conductive sponge structure,
And a polymer film surrounding one of the third electrode structure and the fourth electrode structure,
As the drive shaft rotates, the third electrode structure and the fourth electrode structure rub against each other, or an interval between the third electrode structure and the fourth electrode structure changes, thereby generating electric energy,
Wherein the conductive sponge structure is configured such that at least one conductive material for each of the pores of the sponge structure material is arranged as particles with a predetermined density.
삭제delete 제5항에서,
상기 스펀지 구조 물질은
폴리우레탄(Polyurethane]), 폴리머인(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 도전성 물질은
금속체, 그라핀(Graphene), 은 나노 와이어(Ag nano wire), CNT(Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나를 포함하는 회전형 마찰 발전 장치.
The method of claim 5,
The sponge structure material
At least one of polyurethane, polydimethylsiloxane, Ecoflex, and Teflon,
The conductive material
And at least one of a metal body, a graphene, a silver nano wire, and a carbon nanotube (CNT).
제5항에서,
상기 제3 전극 구조체 및 상기 제4 전극 구조체 중 적어도 하나는
전극 구조체의 내측에 다수의 돌기가 형성되어 있는 회전형 마찰 발전 장치.
The method of claim 5,
At least one of the third electrode structure and the fourth electrode structure
And a plurality of projections are formed inside the electrode structure.
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Non-Patent Citations (3)

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"All-Elastomer-Based Triboelectric Nanogenerator as a Keyboard Cover To Harvest Typing Energy",Shengming Li, ACS Nano, 2016, 10 (2016.08.04.)* *
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