KR101976541B1 - Sphere-shaped triboelectric nanogenerator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바람 에너지를 수확하기 위한 구 모양의 접촉대전 나노 발전기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는, 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및 상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생할 수 있다. The present invention relates to a spherical shaped contact charging nano generator for harvesting wind energy. The spherical contact charging nano generator according to the present invention includes a case having an outer electrode layer and an inner charging layer in a round shape and having an inner space; And a main body which is located in the inner space and is movable by an external force. Electricity can be generated by friction between the charging layer and the whole of the main body due to the movement of the whole main body.
Description
본 발명은 바람 에너지를 수확하기 위한 구 모양의 접촉대전 나노 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a spherical shaped contact charging nano generator for harvesting wind energy.
에너지 하베스팅(energy harvesting)은 주위 환경에서 사용되지 못하고 버려지는 에너지를 사용처가 높은 전기 에너지로 변환하는 기술이다. 따라서, 에너지 하베스팅은 에너지 변환 방식이 친환경적이고, 사용되지 못하는 에너지를 재활용 한다는 점에서 효율적이다. Energy harvesting is a technology that transforms abandoned energy into high electrical energy that is not used in the surrounding environment. Thus, energy harvesting is efficient in that the energy conversion method is environmentally friendly and recycles unused energy.
특히, 사람의 움직임, 주위의 진동, 바람 또는 소리와 같은 운동 에너지는 양이 풍부하고 어디에서나 찾을 수 있기 때문에, 에너지 하베스팅에서 활용 가치가 높다. Particularly, kinetic energy such as human motion, vibration of the surroundings, wind or sound is abundant and can be found everywhere, so it is highly useful in energy harvesting.
이러한 운동 에너지를 수확하기 위해, 전기적 방식, 전자기적 방식 또는 압전 방식 등이 사용되어 왔다. 구체적으로, 운동 에너지를 수확하기 위하여, 에너지 하베스팅에서는 접촉 대전 발전기를 이용한다. In order to harvest these kinetic energy, an electric method, an electromagnetic method, or a piezoelectric method has been used. Specifically, in order to harvest kinetic energy, a contact charging generator is used in energy harvesting.
접촉대전 발전기는 서로 다른 두 대전 물질들을 포함함으로써, 서로 다른 두 대전 물질들이 서로 접촉할 때 생기는 표면 전하(정전기)를 이용하여 유도 전류를 발생시킬 수 있다. The contact charging generator includes two different charged materials so that the induced current can be generated by using surface charge (static electricity) generated when two different charged materials come into contact with each other.
이때, 접촉 대전 발전기는 유도 전류를 발생시키는 방식으로 서로 다른 두 대전 물질들의 접촉 및 분리를 반복하는 접촉-분리 방식을 이용한다. 일반적인 에너지 수확 기술은 주변에서 흔히 접할 수 있는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 전환하여 외부 전원의 연결 없이 에너지를 생산해내는 기술을 의미한다. At this time, the contact charging generator uses a contact-separating method in which contact and separation of two different charged materials are repeated in a manner of generating an induced current. Typical energy harvesting technology is the conversion of mechanical energy to electrical energy, which is commonly encountered in the environment, to produce energy without connecting external power sources.
최근에는 마찰에 따른 표면대전과 이에 수반되는 유도전하를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 접촉대전 나노 발전기(triboelectric nanogenerator, TENG) 시스템이 새롭게 제안되었다. Recently, a triboelectric nanogenerator (TENG) system has been proposed, which produces electric energy using surface charge due to friction and induced charge.
접촉대전 나노 발전기술은 서로 다른 물질이 접촉 후 분리되며 자발적으로 생성되는 마찰전기 혹은 정전기와 이에 수반되는 유도전하를 이용하여 전기에너지를 생산하는 기술이다. Contact nano-power generation technology is a technique of producing electric energy by using triboelectric or static electricity generated by spontaneous generation and induction charge accompanying it, which are separated after different materials are contacted.
접촉대전 나노 발전기술은 기존의 대표적 에너지 수확기술인 태양광 발전기술, 전자기 발전기술, 압전 발전기술, 열전 발전기술 등에 비해 매우 높은 에너지 수확 효율과 유용성 및 단순한 구성으로 인한 뛰어난 접근성을 지니고 있다. 이러한 이유로 지속 가능한 에너지원을 개발하려는 시대적 요구에 맞춘 시스템으로 주목받고 있다.Contact nano power generation technology has superior energy harvest efficiency, excellent usability and simple accessibility compared to existing energy harvesting technologies such as solar power generation technology, electromagnetic power generation technology, piezoelectric power generation technology and thermoelectric power generation technology. For this reason, it is attracting attention as a system adapted to the needs of the times to develop sustainable energy sources.
즉, 이러한 기술은 마찰이 발생하는 대전층과 대전된 대전층에 의해 유도전류가 흐르는 전극층으로 구성되어 시스템적으로 간단하므로, 다른 에너지 수확기술에 비해 접근성이 좋다. 또한, 순간적인 미세한 움직임에도 전압 및 전류가 발생하므로 다양한 응용이 가능한 기술이다. That is, this technique is systematically simple, consisting of a charging layer in which friction occurs and an electrode layer in which an induced current flows through a charged layer charged, which is more accessible than other energy harvesting techniques. In addition, voltage and current are generated even in a momentary minute movement, and thus various applications are possible.
이하, 접촉대전 나노 발전기와 관련된 종래 기술을 검토해 보고자 한다. Hereinafter, the prior art related to the contact charging nano generator will be examined.
한국 특허 등록공고(10-1727242)(공고일: 2017.04.10)에는 “접촉대전 나노 발전기”가 개시되어 있다. "Contact Nano Generator" is disclosed in Korean Patent Registration Bulletin (10-1727242) (Notice: 2017.04.10).
구체적으로, 접촉 대전 방식에 따라 전력을 발전시키는 접촉대전 나노 발전기에 대한 것으로, 제1 및 제2 절연층을 개시하고 있으며, 상기 제1 및 제2 절연층 사이에 전도층을 포함하는 구성을 개시하고 있고, 제1 절연층 표면에 나노 구조체가 형성되는 구성이 개시되어 있다. Specifically, a contact charging nano generator for generating electric power in accordance with a contact charging method discloses a first and a second insulating layer, and includes a conductive layer between the first and second insulating layers. And a nanostructure is formed on the surface of the first insulating layer.
또한, 물체와 상기 나노 구조체가 형성된 제1 절연층 사이의 거리가 가까워짐과 이격됨에 따라 전하가 유도되는 구성이 개시되어 있다. Further, a configuration is disclosed in which charge is induced as the distance between the object and the first insulating layer on which the nanostructure is formed approaches and separates.
한편, 접촉대전 나노 발전기술의 동력원으로는 자연에서 발생하고 그대로 사라지는 에너지원을 사용할 수 있다. 그 중에서도 지속적이며 무한한 동력원인 파도와 같은 물의 움직임이나 바람과 같은 공기의 움직임으로 에너지를 수확하는 연구가 진행되고 있다.On the other hand, as the power source of contact nano-power generation technology, it is possible to use an energy source which is generated in nature and disappears as it is. Among them, research is underway to harvest energy by movement of water such as a wave, which is a continuous and infinite power source, or air movement such as wind.
그러나, 낮은 주파수 영역에서의 한계 때문에 효율이 높지 않다는 문제점이 존재한다. However, there is a problem that the efficiency is not high due to limitations in the low frequency range.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 바람을 수확하는 접촉대전 나노 발전기에 구 모양을 적용하여, 낮은 주파수 영역대에서도 효율적으로 에너지 수확이 가능하도록 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another object of the present invention is to provide a contact-type contact nano generator which is capable of efficiently harvesting energy even in a low-frequency region by applying a spherical shape to a contact nano generator that winds up the wind.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및 상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising: a casing having an outer electrode layer and an inner charging layer in a round shape and having an inner space; And an electricity generating unit that generates electric power by friction between the charging layer and the base as a whole moves along the entire base, Contact nano generator.
실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 상기 전극층 내면의 일부가 상기 대전체와 접촉 가능하도록, 상기 전극층 내면의 일부를 제외한 나머지 부분에 형성될 수 있다. In an embodiment, the internal charging layer may be formed in a remaining portion except for a part of the inner surface of the electrode layer so that a part of the inner surface of the electrode layer can contact the entire base.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 전자 획득이 용이한 불소계 고분자 물질로 형성될 수 있다. In another embodiment, the inside charging layer may be formed of a fluorine-based polymer material that facilitates electron acquisition.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 대전체는, 표면이 나노 구조를 갖는 둥근 형상으로 구현될 수 있다. In yet another embodiment, the entire body may be embodied in a rounded shape with the surface having a nanostructure.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 외부의 전극층은, 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. In yet another embodiment, the outer electrode layer may be formed of a conductive material.
또 다른 실시 예에 있어서, 발생한 전기 에너지를 저장하기 위해, 상기 전극층과 상기 대전층 사이에 형성되는 저장층;을 더 포함할 수 있다. In yet another embodiment, a storage layer may be formed between the electrode layer and the charging layer to store generated electrical energy.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 저장층은, 나노 구조가 적용된 산화층으로 형성될 수 있다. In another embodiment, the storage layer may be formed of an oxide layer to which a nanostructure is applied.
또 다른 실시 예에 있어서, 지면에 고정하기 위해, 상기 케이스 또는 상기 대전체와 연결되도록 형성되는 지지부;를 더 포함할 수 있다. In yet another embodiment, the apparatus may further include a support formed to be connected to the case or the entire bag for fixing to the ground.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 상기 대전층과 상기 대전체는 서로 상이한 전하로 각각 대전되고, 상기 대전층에 대전된 전하에 의해 상기 전극층이 대전되기 위해, 상기 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하여 유도전류가 발생할 수 있다. In another embodiment, the charging layer and the base are charged with different charges from each other by friction between the charging layer and the base, and the electrode layer is charged by the charge charged on the charging layer A negative charge or a positive charge may move to the electrode layer to induce an induced current.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및 상기 내부 공간에 위치하며, 바람에 의한 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a casing having an outer electrode layer and an inner charging layer in a round shape and having an inner space; And electricity generated by the friction between the charging layer and the base as a whole due to the movement of the whole of the base, Shaped contact nano generator.
본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the spherical contact charging nano generator according to the present invention is as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 지형의 형상이나 형태에 관계없이 설치 가능한 에너지 수집 구조로, 독립적으로 동작하는 전자장치(센서, 통신장치 등)의 구동을 가능하게 할 수 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to drive an independent electronic device (sensor, communication device, etc.) with an energy collection structure that can be installed regardless of the shape or form of the terrain.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 상황에 따라 고정하는 부분이 다른 구모양의 나노 발전기를 구성함으로써, 바람에 따라 효율적인 에너지 수확을 가능하게 하며, 구 모양의 디자인을 통해 마찰력으로 인한 에너지 손실을 줄이고 에너지 변환 효율을 증대 시킬 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to efficiently generate energy according to the wind by constituting the other spherical shaped nanodynamically fixed portion according to the situation, Energy loss can be reduced and energy conversion efficiency can be increased.
그리고, 바람을 수확하는 접촉대전 나노 발전기에 구 모양을 적용하여, 낮은 주파수 영역대에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다. And, by applying spherical shape to the contact nano generator that winds up, it is possible to efficiently harvest energy even in the low frequency region.
또 다른 효과로, 바람에 의한 외력에 따라 전기 에너지를 수집하여 청정 에너지 발전이 이루어질 수 있다. As another effect, clean energy can be generated by collecting electric energy according to external force by wind.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 발전 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram for explaining a spherical contact charging nano generator according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a power generation principle of a spherical contact-type charged nano generator according to the present invention.
3 and 4 are conceptual diagrams for explaining an embodiment in which the spherical contact charging nano generator according to the present invention is fixed on the ground.
5 and 6 are conceptual diagrams for explaining another embodiment in which the spherical contact charging nano generator according to the present invention is fixed on the ground.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. The suffix " module " and " part " for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 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.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술할 것이다. 이하의 설명에서 본 발명의 모든 실시형태가 개시되는 것은 아니다. 본 발명은 매우 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 개시되는 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시형태들은 출원을 위한 법적 요건들을 충족시키기 위해 제공되는 것이다. 동일한 구성요소에는 전체적으로 동일한 참조부호가 사용된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, all embodiments of the present invention are not disclosed. The invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. These embodiments are provided to satisfy legal requirements for application. Like reference numerals are used throughout the same components.
본 발명은 접촉대전 방식을 이용하여 바람의 에너지로부터 전력을 발전할 수 있는 구형 풍력 발전기에 대한 것으로, 지형의 형상이나 형태에 관계없이 공기의 움직임만으로 전기 에너지를 수집하여 청정 에너지 발전이 이루어지도록 할 수 있다. The present invention relates to a spherical wind power generator capable of generating electric power from wind energy using a contact charging system, and it is intended to collect electric energy only by air movement regardless of the shape or form of the terrain, .
구체적으로, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기(Nano Generator)는, 지지대에 의해 매달릴 수 있으며, 공동(내부 공간)을 가지는 대전층(절연 코팅층, 절연층)과, 상기 대전층 위에 전기 에너지의 저장층 역할을 하는 마이크로 나노 구조가 적용된 산화층(저장층)이 적층되고, 상기 산화층 위에 알루미늄 전극층이 적층 되도록 하며, 대전을 위한 대전구(대전체)가 상기 공동에 포함되는 것을 특징으로 한다. Specifically, the spherical contact nano generator according to the present invention includes a charge layer (insulating coating layer, insulating layer) which can be suspended by a support and has a cavity (inner space) An oxide layer (storage layer) to which a micro-nano structure is applied which serves as a storage layer of energy is stacked, an aluminum electrode layer is stacked on the oxide layer, and a charging electrode (large whole) for charging is included in the cavity .
풍력에 의한 외력으로 본 발명에 따른 풍력 발전기(구 모양의 접촉대전 나노 발전기)가 움직이는 경우, 상기 공동 내에서 대전구가 상기 외력으로 인해 이동하면서, 상기 대전구와 상기 절연층(절연 코팅층, 대전층) 사이에서 발생하는 전하의 이동(접촉 대전)에 따른 전기 에너지 발전이 이루어질 수 있다.When a wind turbine (sphere-shaped contact charging nano generator) according to the present invention moves by an external force by a wind force, a charging electrode moves due to the external force in the cavity, and the charging electrode and the insulating layer The electric energy can be generated in accordance with the movement of electric charge (contact charging) occurring between the electrodes.
즉, 공중에 부상된 형태의 바람과 같은 공기의 움직임만 존재한다면, 시간과 공간의 제약 없이 에너지 수집이 가능할 수 있다. In other words, if there is only air movement, such as winds floating in the air, energy can be collected without time and space constraints.
따라서, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는 다음과 같은 특징적인 구성들을 가진다. Therefore, the spherical contact charging nano generator according to the present invention has the following characteristic constructions.
실시 예로서, 절연층 및, 외력에 의해 상기 절연층 사이에서 멀어짐과 가까워짐을 반복하는 대전체에 의해 전하가 유도될 수 있다. As an embodiment, the charge can be induced by the insulating layer and the whole of the repetition of approaching and approaching distance between the insulating layers by external force.
또 다른 실시 예로서, 풍력에 의해 상기 대전체가 상기 공동 내에서 움직임일 수 있다. In yet another embodiment, the entire bar may be motion within the cavity by wind force.
또 다른 실시 예로서, 상기 절연층(케이스)은 공동(내부공간)을 가지며, 상기 대전체가 이탈하지 않도록 밀폐형으로 형성될 수 있다. In another embodiment, the insulating layer (case) has a cavity (inner space), and may be formed in a hermetically sealed manner such that the entire base is not detached.
또 다른 실시 예로서, 상기 케이스가 구 모양으로 형성되어 낮은 주파수 영역에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다. In another embodiment, the case is formed in a spherical shape, so that energy can be efficiently harvested even in a low frequency region.
이하, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기(Nano Generator)의 구조(디자인)와 구동원리에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다. Hereinafter, the structure (design) and driving principle of a spherical contact nano generator according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram for explaining a spherical contact charging nano generator according to the present invention.
도 1을 참조하면, 구 모양의 전극층의 내부를 절연층(절연 코팅층, 대전층)이 덮고 있으며, 구 내부에는 대전을 위한 작은 구(대전구, 대전체)가 존재한다. 실시 예로서, 대전구는 마이크로 나노 구조가 적용된 PDMS로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 1, an insulating layer (insulating coating layer, charging layer) covers the inside of a spherical electrode layer, and a small sphere (charging electrode, large electrode) for charging exists inside the sphere. As an embodiment, the charging unit may be implemented as a PDMS to which a micro-nano structure is applied.
내부를 덮고 있는 절연층(절연 코팅층, 대전층)은 마찰 대전열에서 전자를 쉽게 얻는 성질을 갖는 불소계 고분자로 구성되며, 전극층은 효율을 높이기 위해 높은 전도성과 거칠기를 포함한 금속으로 구성될 수 있다. The insulating layer (insulating coating layer, charging layer) covering the inside is composed of a fluorine-based polymer having a property of easily obtaining electrons in the triboelectric charging heat, and the electrode layer may be composed of metal including high conductivity and roughness in order to increase efficiency.
이하, 좀더 구체적으로 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 구조를 설명하고자 한다. Hereinafter, the structure of the spherical contact charging nano generator according to the present invention will be described in more detail.
본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는 케이스 및 대전체를 포함할 수 있다. The spherical contact charging nano generator according to the present invention may include a case and a whole of a base.
구체적으로, 케이스는 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층(절연 코팅층, 절연층)을 포함하며, 내부 공간을 구비할 수 있다. Specifically, the case may include an outer electrode layer and a charging layer (insulating coating layer, insulating layer) in a round shape, and may include an inner space.
대전체(대전구)는 상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능하다. The large (full charge) is located in the inner space, and is movable by an external force.
그리고, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생할 수 있다. Electricity can be generated by friction between the charging layer and the base as a whole.
실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 상기 전극층 내면의 일부가 상기 대전체와 접촉 가능하도록, 상기 전극층 내면의 일부를 제외한 나머지 부분에 형성될 수 있다.In an embodiment, the internal charging layer may be formed in a remaining portion except for a part of the inner surface of the electrode layer so that a part of the inner surface of the electrode layer can contact the entire base.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 전자 획득이 용이한 불소계 고분자 물질로 형성될 수 있다. In another embodiment, the inside charging layer may be formed of a fluorine-based polymer material that facilitates electron acquisition.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 대전체는, 표면이 나노 구조를 갖는 둥근 형상으로 구현될 수 있다. In yet another embodiment, the entire body may be embodied in a rounded shape with the surface having a nanostructure.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 외부의 전극층은, 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. In yet another embodiment, the outer electrode layer may be formed of a conductive material.
또 다른 실시 예에 있어서, 발생한 전기 에너지를 저장하기 위해, 상기 전극층과 상기 대전층 사이에 형성되는 저장층을 더 포함할 수 있다. In yet another embodiment, the storage layer may be formed between the electrode layer and the charge layer to store generated electrical energy.
이때, 상기 저장층은, 나노 구조가 적용된 산화층으로 형성될 수 있다. 저장층에는 전극층과 대전층에 의해 생성된 전하가 저장될 수 있다. At this time, the storage layer may be formed of an oxide layer to which a nanostructure is applied. The charge generated by the electrode layer and the charge layer can be stored in the storage layer.
또 다른 예로, 구 모양으로 생성된 나노 발전기를 고정시키고 바람의 힘에 의해 자유로운 움직임이 가능하도록 설치할 수 있다. 그리고, 필요에 따라 전극층의 구 또는 대전층의 구를 고정시킨(지지대에 연결시킨) 구조를 활용할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 예는 도 3 내지 도 6에서 설명하고자 한다. As another example, a nano generator, which is formed in a spherical shape, can be fixed and installed to allow free movement by the force of the wind. If necessary, a structure in which a sphere of an electrode layer or a sphere of a charge layer is fixed (connected to a support) can be utilized. A specific example related to this will be described in FIG. 3 to FIG.
이하, 구 모양 접촉대전 나노 발전기의 구동원리에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the driving principle of the spherical contact charging nano generator will be described in detail.
구체적으로, 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 상기 대전층과 상기 대전체는 서로 상이한 전하로 각각 대전되고, 상기 대전층에 대전된 전하에 의해 상기 전극층이 대전되기 위해, 상기 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하여 유도전류가 발생할 수 있다. Specifically, due to the friction between the charging layer and the base as a whole, the charging layer and the base are charged with charges different from each other, and in order that the electrode layer is charged by the charge charged on the charging layer, A negative charge or a positive charge may move to induce an induced current.
도 2는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 발전 원리를 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a power generation principle of a spherical contact-type charged nano generator according to the present invention.
도 2를 참조하면, 전극층 구의 절연층과 대전을 위한 구가 마찰이 발생하게 되면 물질에 따라서 한 쪽은 양으로 다른 한 쪽은 음으로 대전된다. Referring to FIG. 2, when the insulating layer of the electrode layer sphere and the sphere for electrification generate friction, one side is negatively charged and the other is negatively charged.
이때, 외부(바람 등 공기의 움직임)의 힘을 받아 구의 전열층이 대전되면 절연층의 전하에 의해 전극이 대전되기 위하여, 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하는 유도전류가 발생하게 된다. At this time, when the heat transfer layer of the sphere is charged by the external force (movement of the air such as wind), the electrode is charged by the charge of the insulating layer, so that an induced current in which a negative charge or a positive charge moves is generated in the electrode layer.
구체적으로, 바람에 의한 외력으로 대전구(대전체)가 움직이며, 대전구와 내부 절연층(절연 코팅층, 대전층)이 접촉하게 된다. 이에 따라, 대전구의 외측 접촉면이 양으로 대전되는 경우, 접촉한 내부 절연층은 음으로 대전될 수 있다.Specifically, the charging electrode (large whole) moves with an external force by wind, and the charging electrode and the inner insulating layer (insulating coating layer, charging layer) come into contact with each other. Thus, when the outer contact surface of the charging electrode is positively charged, the contacted inner insulating layer can be negatively charged.
내부 절연층이 음으로 대전되면 전극층에 양전하가 발생되고, 대전구가 움직이며 직접 전극층에 닿으면 전극층에 음전하가 발생될 수 있다. 이에 따라, 전극층으로 전하가 이동하며 유도전류가 발생하게 된다. When the internal insulating layer is negatively charged, a positive charge is generated in the electrode layer, and when the charge moves and directly touches the electrode layer, a negative charge may be generated in the electrode layer. As a result, charge moves to the electrode layer and an induced current is generated.
마찬가지로, 대전구의 외측 접촉면이 음으로 대전되는 경우, 접촉한 내부 절연층은 양으로 대전될 수 있다.Likewise, when the outer contact surface of the charging electrode is negatively charged, the contacting inner insulating layer can be positively charged.
내부 절연층이 양으로 대전되면 전극층에 음전하가 발생되고, 대전구가 움직이며 직접 전극층에 닿으면 전극층에 양전하가 발생될 수 있다. 이에 따라, 전극층으로 전하가 이동하며 유도전류가 발생하게 된다. When the inner insulating layer is positively charged, a negative charge is generated in the electrode layer, and when the coin moves and directly touches the electrode layer, a positive charge may be generated in the electrode layer. As a result, charge moves to the electrode layer and an induced current is generated.
한편, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는, 지면에 고정하기 위해, 상기 케이스 또는 상기 대전체와 연결되도록 형성되는 지지부를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the spherical contact charging nano generator according to the present invention may further include a support portion formed to be connected to the case or the entire base for fixing to the ground.
즉, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는, 바람 등과 같은 공기의 움직임에 의해 내부의 대전체와 케이스 중 적어도 하나가 움직이도록 다양한 방식으로 구현될 수 있다. That is, the spherical contact charging nano generator according to the present invention can be implemented in various ways such that at least one of the inside of the case and the case moves by the movement of air such as wind.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 3 and 4 are conceptual diagrams for explaining an embodiment in which the spherical contact charging nano generator according to the present invention is fixed on the ground.
도 3을 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 케이스(대전층의 구)를 지지대(지지부)에 연결하여, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 매달리게 하는 구조가 개시되어 있다.Referring to FIG. 3, there is disclosed a structure in which a case (a hole of a charging layer) of a spherical contact charging nano generator is connected to a support (supporting portion) to suspend a spherical contact charging nano generator according to the present invention.
실시 예로서, 케이스가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 내부 대전체 만이 케이스 내부에서 움직일 수 있다. In the embodiment, when the case is fixed so as not to move, only the inner frame can be moved inside the case by an external force by wind.
또 다른 실시 예로서, 케이스가 움직임이 가능하도록 지지대와 연결되어 있는 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 함께 케이스도 움직일 수 있다. 구체적으로, 케이스는 소정 각도 흔들리거나 회전할 수 있도록, 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다. In another embodiment, when the case is connected to the support so that the case can move, the case can be moved together with the entire inner frame by an external force by wind. Specifically, the case may be connected to the support by a ring or the like so as to be able to swing or rotate at a predetermined angle.
도 4를 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 대전구(대전체)를 지지대(지지부)에 연결하여, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 매달리게 하는 구조가 개시되어 있다.Referring to FIG. 4, there is disclosed a structure in which a charging contact (large whole) of a spherical contact charging nano generator is connected to a support (supporting portion) to suspend a spherical contact nano generator according to the present invention.
실시 예로서, 대전체가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 케이스 만이 움직일 수 있다. 구체적으로, 케이스는 소정 각도 흔들리거나 회전할 수 있도록 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다.As an embodiment, in the case where the entire stand is fixed so as not to move, only the case can be moved by an external force by wind. Specifically, the case may be connected to the support by a ring or the like so as to be able to swing or rotate at a predetermined angle.
또 다른 실시 예로서, 대전구가 움직임이 가능하도록 설치되어 있는 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 케이스가 함께 움직일 수 있다. 이를 위해, 대전구는 소정 각도 흔들리도록 지지대에 연결되어 있을 수 있다. In another embodiment, when the charging member is provided so as to be movable, the inner case and the case can be moved together by an external force by wind. To this end, the charging member may be connected to the support so as to be swung at a predetermined angle.
도 3 및 도 4에 의하면, 케이스 또는 대전체 중 하나를 지지대에 연결하여 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 매달리게 할 수 있다. 이때, 바람에 의한 외력으로 케이스와 대전체 중 고정되지 않은 하나만이 흔들리거나(또는 회전하거나), 케이스와 대전체 모두 흔들릴 수도(회전할 수도) 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, one of the case or the whole body may be connected to a support so as to hang the spherical contact-type charged nano generator. At this time, only an unfixed one of the case and the whole of the main body is shaken (or rotated) due to wind force, so that both the case and the main body can be shaken (rotated).
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.5 and 6 are conceptual diagrams for explaining another embodiment in which the spherical contact charging nano generator according to the present invention is fixed on the ground.
도 5를 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 케이스(대전층의 구)를 지상에 고정시킨 구조가 개시되어 있다. Referring to Fig. 5, there is disclosed a structure in which a case (a sphere of a charging layer) of a spherical shaped contact charging nano generator is fixed on the ground.
실시 예로서, 케이스가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 내부 대전체 만이 케이스 내부에서 움직일 수 있다. In the embodiment, when the case is fixed so as not to move, only the inner frame can be moved inside the case by an external force by wind.
또 다른 실시 예로서, 케이스가 바람에 의한 외력으로 소정 각도 회전(제자리에서 회전)할 수 있도록 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다. 이 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체는 움직일 수 있으며, 이와 함께 케이스도 회전하여 마찰에 의한 유도 전류가 발생할 수 있다. In another embodiment, the case may be connected to the support by a ring or the like so that the case can be rotated (rotated in place) by an external force by wind. In this case, due to the external force by wind, the entire inner frame can be moved, and in addition, the case may also rotate to induce an induced current due to friction.
또 다른 실시 예로서, 케이스가 바람에 의한 외력으로 소정 각도 흔들리도록(진동하도록) 지지대에 연결되어 있을 수 있다. 즉, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 함께 케이스도 움직이며, 마찰에 의한 유도 전류가 발생할 수 있다.In another embodiment, the case may be connected to the support so as to oscillate (oscillate) at a predetermined angle with an external force by wind. That is, the case also moves with the inner frame as a result of an external force due to wind, and an induced current due to friction may occur.
도 6을 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 대전구를 지상에 고정시킨 구조가 개시되어 있다. Referring to Fig. 6, a structure in which a charging electrode of a spherical contact charging nano generator is fixed on the ground is disclosed.
실시 예로서, 대전체가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 케이스 만이 움직일 수 있다. 구체적으로, 케이스가 바람에 의한 외력으로 소정 각도 회전하거나 흔들리도록 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다. As an embodiment, in the case where the entire stand is fixed so as not to move, only the case can be moved by an external force by wind. Specifically, the case may be connected to the support by a ring or the like so that the case is rotated or shaken at a predetermined angle by an external force by wind.
또 다른 실시 예로서, 대전구가 움직임이 가능하도록 설치되어 있는 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 케이스가 함께 회전하여 접촉될 수 있다. 이를 위해, 대전구는 소정 각도 회전하거나 진동하도록(진동하도록) 지지대에 연결되어 있을 수 있다. In another embodiment, when the charging member is provided so as to be movable, the inner case and the case may be rotated together by an external force by wind. To this end, the charging unit may be connected to the support so as to rotate or vibrate (oscillate) by a predetermined angle.
도 5 및 도 6에 의하면, 케이스 또는 대전체 중 하나를 지지대에 연결하여 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 고정시킬 수 있다. 이때, 바람에 의한 외력으로 케이스와 대전체 중 고정되지 않은 하나만이 회전하거나(또는 흔들리거나), 케이스와 대전체 모두 회전할 수도 있다(흔들릴 수도 있다). 그리고, 회전(흔들림)에 의해 접촉하는 면이 변경되며 유도 전류가 발생할 수 있다. 5 and 6, it is possible to fix the spherical contact-type charged nano generator by connecting one of the case and the base to the support. At this time, only windless external force may rotate (or shake) the case and only one of the chassis as a whole. Then, the contact surface is changed by the rotation (shaking), and an induced current can be generated.
본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the spherical contact charging nano generator according to the present invention is as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 지형의 형상이나 형태에 관계없이 설치 가능한 에너지 수집 구조로, 독립적으로 동작하는 전자장치(센서, 통신장치 등)의 구동을 가능하게 할 수 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to drive an independent electronic device (sensor, communication device, etc.) with an energy collection structure that can be installed regardless of the shape or form of the terrain.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 상황에 따라 고정하는 부분이 다른 구모양의 나노 발전기를 구성함으로써, 바람에 따라 효율적인 에너지 수확을 가능하게 하며, 구 모양의 디자인을 통해 마찰력으로 인한 에너지 손실을 줄이고 에너지 변환 효율을 증대 시킬 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to efficiently generate energy according to the wind by constituting the other spherical shaped nanodynamically fixed portion according to the situation, Energy loss can be reduced and energy conversion efficiency can be increased.
그리고, 바람을 수확하는 접촉대전 나노 발전기에 구 모양을 적용하여, 낮은 주파수 영역대에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다. And, by applying spherical shape to the contact nano generator that winds up, it is possible to efficiently harvest energy even in the low frequency region.
또 다른 효과로, 바람에 의한 외력에 따라 전기 에너지를 수집하여 청정 에너지 발전이 이루어질 수 있다. As another effect, clean energy can be generated by collecting electric energy according to external force by wind.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed in all aspects as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (10)
상기 전극층과 그라운드를 연결하고, 상기 전극층과 그라운드 사이에서 전하를 이송시키는 도전체; 및
상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며,
상기 대전층은 상기 전극층 내면의 일부가 상기 대전체와 접촉 가능하도록, 상기 전극층 내면의 일부를 제외한 나머지 부분에 형성되고,
상기 대전체가 상기 전극층의 하측 영역에 접촉되도록, 상기 하측 영역에는 상기 대전층이 형성되지 않고,
상기 대전층과 대전체의 마찰에 의해, 상기 도전체에 제1방향으로의 전류가 발생하고,
상기 제1방향으로의 전류가 발생한 후, 상기 대전체와 상기 전극층과의 마찰에 의해, 상기 도전체에 상기 제1방향과 다른 제2방향의 전류가 발행하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.A case including an outer electrode layer and an inner charging layer in a round shape and having an inner space;
A conductor connecting the electrode layer and the ground, and transferring charges between the electrode layer and the ground; And
A main body disposed in the inner space and movable by an external force,
Wherein the charging layer is formed in a remaining portion except for a part of the inner surface of the electrode layer so that a part of the inner surface of the electrode layer can be in contact with the entire base,
The charging layer is not formed in the lower region so that the whole of the base is in contact with the lower region of the electrode layer,
A current in the first direction is generated in the conductor by the friction between the charging layer and the whole of the base,
And a current in a second direction different from the first direction is issued to the conductor by the friction between the whole of the base and the electrode layer after the current in the first direction is generated. Nano generator.
상기 내부의 대전층은,
전자 획득이 용이한 불소계 고분자 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.The method according to claim 1,
The inside of the charging layer may be,
Shaped contact nano generator is characterized in that it is formed of a fluorine-based polymer material which is easy to obtain electronically.
상기 대전체는,
표면이 나노 구조를 갖는 둥근 형상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기. The method according to claim 1,
The large-
Wherein the surface of the spherical shaped contact nano generator is formed in a round shape having a nanostructure.
상기 외부의 전극층은,
전도성을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기. The method according to claim 1,
The external electrode layer
Wherein the contact-type nano-generator is formed of a conductive material.
지면에 고정하기 위해, 상기 케이스 또는 상기 대전체와 연결되도록 형성되는 지지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.The method according to claim 1,
Further comprising: a supporting portion formed to be connected to the case or the entire base to be fixed to the ground.
상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 상기 대전층과 상기 대전체는 서로 상이한 전하로 각각 대전되고, 상기 대전층에 대전된 전하에 의해 상기 전극층이 대전되기 위해, 상기 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하여 유도전류가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.The method according to claim 1,
The charge layer and the base are respectively charged with charges different from each other by friction between the charge layer and the whole of the base, and in order that the electrode layer is charged by the charge charged on the charge layer, And a positive charge is moved to generate an induced current.
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