KR102213229B1 - 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102213229B1 KR102213229B1 KR1020170156387A KR20170156387A KR102213229B1 KR 102213229 B1 KR102213229 B1 KR 102213229B1 KR 1020170156387 A KR1020170156387 A KR 1020170156387A KR 20170156387 A KR20170156387 A KR 20170156387A KR 102213229 B1 KR102213229 B1 KR 102213229B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- triboelectric
- power generation
- electrode
- layer
- generating layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 39
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 65
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 106
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 61
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 40
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 36
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 29
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 27
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 21
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 17
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 15
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 15
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 14
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 13
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 11
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 10
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 9
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 claims description 9
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 9
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 7
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 7
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 7
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 229920000219 Ethylene vinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004715 ethylene vinyl alcohol Substances 0.000 claims description 5
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 5
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 5
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RZXDTJIXPSCHCI-UHFFFAOYSA-N hexa-1,5-diene-2,5-diol Chemical compound OC(=C)CCC(O)=C RZXDTJIXPSCHCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 claims description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 claims 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 17
- 239000002783 friction material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000007720 emulsion polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000003522 acrylic cement Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- UFRKOOWSQGXVKV-UHFFFAOYSA-N ethene;ethenol Chemical compound C=C.OC=C UFRKOOWSQGXVKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
- H02N1/04—Friction generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/22—Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Electrostatic Charge, Transfer And Separation In Electrography (AREA)
Abstract
기존 압전소자와는 달리 마찰 운동을 발생시키기 위한 물리적 공간이 요구되지 않으며, 저렴하고 양산이 용이한 마찰소재 복합체의 접합 마찰부에 의해 표면적이 극대화되어, 발전소자의 내구성이 개선되고 전기의 효율적인 생산이 가능한, 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 마찰전기 발전 소자는, 중심부에 위치하며 서로 다른 둘 이상의 고분자로 이루어진 접합(junction) 구조의 마찰부를 포함하는 마찰전기 발생층(300); 상기 마찰전기 발생층(300)의 어느 일면에 대향되어 위치하는 제1 전극(100); 및 상기 마찰전기 발생층(300)의 다른 일면에 대향되어 위치하는 제2 전극(200);을 포함한다.
Description
본 발명은 마찰전기 발전 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 기존 압전소자와는 달리 마찰 운동을 발생시키기 위한 물리적 공간이 요구되지 않으며, 저렴하고 양산이 용이한 마찰소재 복합체의 접합 마찰부에 의해 표면적이 극대화되어, 발전소자의 내구성이 개선되고 전기의 효율적인 생산이 가능한, 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적인 압전소자(Piezoelectric device)에 있어서, 유연성이 뛰어난 PVDF 등의 유기 계열 압전소재는 환경적 유해성 및 높은 소재 원가로 인하여 경쟁력 있는 제품의 제작에 어려움이 있다. 또한, 유연성이 좋지 못한 무기 계열의 압전소재는, 지속되는 외부 압력에 의해 소재가 파열되는 등 내구성에 문제가 발생하는 문제가 있다. 마찰전기 소자(triboelectric device)의 경우, 마찰소재 간의 마찰 운동을 발생시키기 위한 물리적인 공간이 필요할 뿐만 아니라, 소자의 구조가 복잡하고 양산에도 어려움이 있으며, 마찰에 의한 소재 마모의 정도가 커서 내구성에 대한 신뢰도가 낮은 문제가 발생한다. 또한, 기존 마찰전기 소재는 전극과 마찰소재 간의 접합에 대한 어려움, 그리고 마찰소재들을 소자에 적용하는 공정방법의 상이함으로 인해 양산이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이와 같은 단점들이 보완된 마찰전기 발전 소자의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
여기서, 지금까지 진행되었던 통상적인 마찰전기 소자의 발전 연혁에 대하여 설명하면, 2012년에 이종의 마찰전기 소재를 2겹으로 배열(bilayer)한 후 외부에 전극을 대어, 마찰전기 소재 간 수직 및 수평 움직임을 통해 전기 생산이 가능하다는 것을 확인하였고, 2013년에는 이종의 마찰전기 소재를 교차로 회전시키는 방식으로도 전기 생산이 가능함을 나타내었으며, 개별 마찰전기 소자들을 다층(병렬 구조)으로 구성하여 발전 효율을 개선하기도 하였다. 2014년에는 3차원 구조의 마찰전기 소자를 통해 발생 전류의 양을 크게 개선하였고, 자전거 바퀴 형상을 가지는 원반 전극과 마찰전기 소재들을 가운데 중심 축을 두고 회전 시킴으로써 효율적인 마찰전기 생산이 가능하다는 것을 확인하였으며, 박막의 마찰전기 소재에 마이크론 단위로 grating을 하고 전극과 겹친 후 수평이동을 함으로써 효율적인 전기 생산이 가능함을 보여주었고, grating된 마찰전기 소재와 전극에 용수철을 달아 소재와 전극 간의 수평이동 및 용수철을 통한 에너지 보존을 통하여 높은 효율의(~85%) 물리 에너지를 전기 에너지로 전환 가능함을 확인하였다.
2015년에는 마찰소재 사이에 강철 봉을 베어링의 용도로 삽입함으로써 적은 에너지를 가해도 마찰소재가 부드럽게 움직일 수 있게 구조를 개선하였고, 그럼에도 마찰전기 생산 효율이 크게 떨어지지 않음을 보여주었다. 또한, 하이브리드 방식으로써 전자기발전기(AC)와 마찰전기소자(AC)를 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 전압이나 전류의 양을 더 안정적으로 공급할 수 있음을 발견하였으며, 추가로 태양전지(DC)와 마찰전기 소자(AC)도 연결함으로써 빛과 운동 에너지로부터 동시에 전력을 생산할 수 있음을 확인하였다. 이후, 마찰전기 소재 간의 마이크로 또는 나노 단위의 패터닝을 통해 전력생산 효율을 개선하는 연구들이 진행되고 있으며, 소재를 변경하거나, 운동 에너지를 받아들이는 형태(수직, 수평, 회전, 구부러짐 등)를 바꿔가면서 효율을 보다 개선시켰다. 가장 최근의 주목할만한 연구결과로는, 마찰전기 소자의 한쪽 면은 기판에 고정하고, 다른 한 면은 바람에 흔들리게 둠으로써 풍력 발전기로써 활용 가능성을 보여주었다.
상기 소개된 모든 마찰전기 소자와는 다르게, 본 발명에서 설명하고자 하는 마찰전기 소자는, 물리적으로 마찰전기 소재 간에 불필요한 구조를 배제하고, 나노 단위 또는 최대 마이크론 단위의 마찰전기 소재 domain 간의 접촉이, 필름의 구부러짐에 의해 떨어지고 붙는 현상을 이용하여 전력을 생산하는 것이다. 이는, 기존 연구들의 소재 표면 형상을 조절한다는 면에서 발전된 모습이며, 여러 방식의 운동 에너지를 활용하는 방안을 연구하는 것을 계승함으로써 정통성도 확보하였다.
따라서, 본 발명의 목적은, 기존 압전소자와는 달리 마찰 운동을 발생시키기 위한 물리적 공간이 요구되지 않으며, 저렴하고 양산이 용이한 마찰소재 복합체의 접합 마찰부에 의해 표면적이 극대화되어, 발전소자의 내구성이 개선되고 전기의 효율적인 생산이 가능한, 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 중심부에 위치하며 서로 다른 둘 이상의 고분자로 이루어진 접합(junction) 구조의 마찰부를 포함하는 마찰전기 발생층(300); 상기 마찰전기 발생층(300)의 어느 일면에 대향되어 위치하는 제1 전극(100); 및 상기 마찰전기 발생층(300)의 다른 일면에 대향되어 위치하는 제2 전극(200);을 포함하는 마찰전기 발전 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은, a) 유전 성질이 상이한 둘 이상의 고분자를 각각 용매에 용해 및 분산시키거나, 용해 및 분산시킨 후 혼합하거나, 용융시켜 혼합하는 단계; b) 소재가 상이한 제1 전극 및 제2 전극 각각의 표면 일부를 마스킹 처리하는 단계; c) 상기 마스킹 처리된 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극에 있어서, 마스킹 처리되지 않은 노출 면에 상기 a) 단계에서 혼합되었거나 혼합되지 않은 고분자 용액을 공급한 후 건조 또는 경화시켜, 전극 상에 마찰전기 발생층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 마찰전기 발생층의 상부에, 상기 마찰전기 발생층이 형성되지 않은 나머지 전극을 적층시킨 후 압착하는 단계;를 포함하는 마찰전기 발전 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법은, 기존 압전소자와는 달리 마찰 운동을 발생시키기 위한 물리적 공간이 요구되지 않으며, 저렴하고 양산이 용이한 마찰소재 복합체의 접합 마찰부에 의해 표면적이 극대화되어, 발전소자의 내구성이 개선되고 전기의 효율적인 생산이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따라 마스킹 처리된 전극의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 비교예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프이다.
도 10 내지 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따라 마스킹 처리된 전극의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 비교예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프이다.
도 10 내지 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자는, 중심부에 위치하며 서로 다른 둘 이상의 고분자로 이루어진 접합(junction) 구조의 마찰부를 포함하는 마찰전기 발생층(300), 상기 마찰전기 발생층(300)의 어느 일면에 대향되어 위치하는 제1 전극(100) 및 상기 마찰전기 발생층(300)의 다른 일면에 대향되어 위치하는 제2 전극(200)을 포함한다.
본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자는, 외부로부터 가해지는 모든 물리적 운동 에너지를 전기 에너지로 전환 가능한 소자로서, 풍력 발전, 조력 발전 및 파력 발전 등에 활용 가능하며, 각 발전 방식을 구현하기 위하여, 다수의 소자가 반복 배치되는 모듈 및 그 모듈 다수가 반복 배치되는 발전기로 구성될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자는, 물리적인 움직임을 감지하거나 촉감(texture), 경도(hardness) 또는 가해지는 힘(force)을 감지하는 것도 가능하여 센서(sensor)로도 활용 가능하다.
상기 마찰전기 발생층(300)은 전기를 발생시키는 마찰부를 포함하는 필름 형태의 마찰소재 복합체(triboelectric composite material)로서, 상기 마찰부는 나노미터(㎚) 내지 마이크로미터(㎛) 단위의 랜덤(random)한 접합부(junction)들로 이루어져 있으며, 상기 접합부는 서로 다른 2종 이상의 소재가 불균일하게 맞닿아 있는 벌크 이종 접합(bulk-heterojunction)의 구조를 가지거나, 다중 접합(multi-junction)의 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, 벌크 이종 접합 유기 태양전지(bulk-heterojunction organic photovoltaics, 웹사이트 참조)의 활성층(Active Layer)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 한편, 상기 다중 접합의 구조는 기본적으로 상기 벌크 이종 접합의 구조와 유사하나, 보다 규칙적인 형상으로 둘 이상의 물질이 서로 맞닿아 있는 구조일 수 있다(웹사이트 참조). 따라서, 극성을 띠는 각 마찰전기 소재들의 이동 거리가 극히 짧음에도 불구하고, 표면적이 극대화되어 소재 내구성에 대한 신뢰 개선과 효율적인 전기의 생산이 가능해진다.
한편, 상기 마찰전기 발생층(300)의 두께는, 1 ㎚ 내지 10,000 ㎛, 바람직하게는 100 ㎚ 내지 5,000 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 1,000 ㎛로서, 상기 마찰전기 발생층(300)의 두께가 10,000 ㎛를 초과할 경우에는, 접합부에서 발생한 전하의 분리로 인해 형성되는 전기장이 집전극까지 영향을 미치지 못하여, 전압 및 전류가 생성되지 못하는 문제가 발생할 우려가 있고, 1 ㎚ 미만일 경우에는 집전극간의 거리가 너무 가까워 터널링(tunneling) 현상으로 인한 소자 쇼트(short) 현상이 발생할 수 있다.
상기 마찰전기 발생층(또는, 마찰부)은 유전 성질이 서로 다른 둘 이상의 고분자, 바람직하게는 서로 다른 2종의 고분자로 이루어지는 것으로서, 상기 고분자는 제조 단가가 저렴하며 양산이 용이한 소재, 즉, 예를 들어, 폴리아미드(Polyamide), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol(PVA)), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate(PMMA)), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral(PVB)), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 천연고무(natural rubber), 폴리스티렌(Polystyrene(PS)), 폴리염화비닐리덴(Polyvinylidene chloride), 폴리에틸렌(Polyethylene(PE)), 폴리프로필렌(Polypropylene(PP)), 폴리이미드(Polyimide), 폴리염화비닐(Polyvinylchloride(PVC)) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane(PDMS))이 될 수 있으며, PVC와 PMMA의 혼용, PVC와 PVA의 혼용, PVC와 PVB의 혼용, PP와 PMMA의 혼용 및 PE와 PMMA의 혼용이 바람직하다. 상기 고분자가 2종 혼합 사용될 경우(즉, 상기 마찰전기 발생층이 서로 다른 두 고분자를 포함할 경우)의 그 포함되는(혼합되는) 비율은 0.1 : 99.9 내지 99.9 : 0.1의 중량비로서, 상기 두 고분자 중 어느 하나가 미량으로 포함되더라도 본 발명에 따른 효과가 발생하며, 바람직하게는 20 : 80 내지 80 : 20의 중량비, 더욱 바람직하게는 40 : 60 내지 60 : 40의 중량비일 수 있다. 그밖에, 상기 각 고분자는 10,000 내지 5,000,000의 중량평균분자량(Mw)을 가지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 마찰부를 유전 성질이 상이한 고분자들로 구성하게 되면, 유전 성질이 다른 고분자 간 백본(backbone) 및 관능기의 결합이 깨져 라디칼을 형성하게 되고, 이는 두 물질 간의 전하 이동이 전자 또는 라디칼로 인해 형성된 물질 이동(material transfer)으로 인해 생길 수 있음을 의미한다. 추가로, 고분자 내부의 이온 단분자가 이미 존재하거나 마찰로 인해 형성될 시, 이들 또한 이종의 고분자 간에 이동하게 되어 전하 이동의 원인이 될 수 있다. 이러한 이유로 인해, 두 물질간에 전하가 분리됨으로써 마찰전기가 발생된다.
한편, 상기 고분자 소재의 양산성을 보다 높이기 위하여, Acetone, Tetrahydrofuran(THF), Toluene, Dichloromethane, Chloroform, Toluene, Hexane, Cyclohexane, dimethyl sulfoxide, NMP 및 물 등의 범용 용매를 이용할 수 있다. 즉, 이와 같은 용매에 상기 서로 다른 고분자를 용해(dissolve)한 후 혼합하거나, 상기 고분자를 용융하여 혼합하거나, 상기 서로 다른 고분자를 각각 수계 및 비수계 용매에 분산(water-borne 또는 solvent-borne dispersion)시킨 후 혼합하는 방식(즉, 에멀젼 중합)을 통해, 복합 필름 또는 복합 입자 등의 복합체(composite material)를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자는, 이와 같이 양산이 용이한 마찰전기 발생층(또는 마찰소재 복합체, 300)을 전도성의 양 전극(제1 전극(100), 제2 전극(200)) 사이에 위치(또는, 삽입)시킨 후, 방수/방습의 역할을 하는 코팅층(400)과 지지의 역할을 하는 코팅층(500)을 코팅시키는 간단한 구조를 가짐으로써, 기존의 마찰전기 소자에 비하여 매우 단순한 구조를 가지되, 기 상용화된 압전소자와는 유사한 구조를 가지기 때문에, 양산성 및 신뢰성이 높다.
다음으로, 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)은 대전 현상에 의해 전기를 통하게 하는 전도성 물질로 이루어진 것으로서, 이를 만족하는 전도성 물질이라면 특별한 제한 없이 적용될 수 있다. 이와 같은 전도성 물질로는 구리, 알루미늄, 금, 은, carbon felt, carbon paper 및 탄소나노튜브(CNT)가 첨가된 복합체 등을 예시할 수 있으며, 상기 전극은 통상적인 필름 형태 이외에 다공성의 폼(foam) 형태 등 그 형태에 있어서는 특별한 제한이 없다.
다만, 상기 제1 전극(100)과 제2 전극(200)은 서로 다른 소재로 각각 구성될 수도 있다. 또한, 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)의 두께는 20 nm 내지 5 mm, 바람직하게는 50 nm 내지 1 mm, 더욱 바람직하게는 100 nm 내지 100 um로서, 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)의 두께가 5 mm를 초과할 경우에는, 소자의 바람에 대응하는 유연성이 저하될 우려가 있고, 20 nm 미만일 경우에는 저항 증가로 인하여 소자의 성능이 저하될 수 있다.
한편, 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)은, 전선을 결합(접지)시키기 위하여, 각 전극 어느 한 쪽 끝단을 마찰전기 발생층(300) 대비 돌출되게 구성할 수 있다(도 2 참조). 또한, 본 발명에서 있어서, 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)은, 양 전극 간 쇼트(short) 현상을 방지하고, 또한, 마찰전기 발생층(300)의 면적을 소자마다 동일하게 유지하기 위하여, 상기 마찰전기 발생층(300)과 대면되는 부분을 제외한 나머지 외부 노출 면이, 접착 성분이 도포된 테이프나 PP 또는 PE 등의 절연체 물질에 의해 마스킹(Masking) 처리될 수 있다. 도 2는 본 발명에 따라 마스킹 처리된 전극의 모식도로서, 상기 전극의 마스킹 처리는, 도 2의 A에 도시된 바와 같이, 양쪽 면(도 2-A의 a 및 b)을 대상으로 할 수도 있고, 도 2의 B에 도시된 바와 같이, 어느 한 쪽 면만을 대상으로 할 수도 있는 등, 목적으로 하는 전극의 성능 등에 따라 달라질 수 있다. 그밖에, 이상에서 설명되지 않은 전극의 기본적인 역할 등에 대한 내용은, 통상의 마찰전기 소자에 사용되는 전극의 내용을 준용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다. 한편, 상기 마찰전기 발전 소자는, 필요에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 전극(100, 200) 각각의 외주면에 위치하여 방수, 방습 및 산소 차단 등의 역할을 하는 한 쌍 이상의 제1 코팅층(400)을 더 포함할 수 있고, 추가적으로, 상기 제1 코팅층(400) 각각의 외주면에 위치하여 지지 등의 역할을 하는 한 쌍 이상의 제2 코팅층(500)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 코팅층(400)은, 본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자의 방수성, 방습성, 산소 차단성, 내후성 및 내구성 등을 향상시키고, 소자 내부를 외부로부터 차단하기 위한 층으로서, 그 소재로는 에폭시(Epoxy), 폴리에스터(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 파라핀 왁스(paraffin wax)와 폴리올레핀(polyolefin)의 혼합물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리스티렌(PS, Polystyrene), 폴리염화비닐(PVC, Polyvinyl chloride), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, Polyethylene naphthalate), 폴리아미드(PA, Polyamide), 폴리비닐알코올(PVAL, Polyvinyl alcohol), 에틸렌비닐알코올(EVOH, ethylene vinyl alcohol), 폴리염화비닐리덴(PVDC, Polyvinylidene chloride) 및 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있으며, 방수성, 방습성, 산소 차단성, 내후성 및 내구성 중 어느 하나 이상의 성질을 가지는 소재라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2 코팅층(500)은 마찰전기 발전 소자의 지지 기능을 기본으로 가지고 있고, 상기 제1 코팅층(400)의 기능까지 가질 수 있는 것으로서, 보다 정확하게는 소자에 탄성을 부여하는 층이다. 상기 제2 코팅층(500)의 소재로는 폴리이미드(Polyimide), 폴리에테르에테르키톤(Polyether ether ketone), 이들의 혼합물 및 이들 중 어느 하나 이상과 상기 제1 코팅층(400)을 구성하는 화합물의 혼합물 등을 예시할 수 있으며, 유연하고 질긴 등 마찰전기 발전 소자가 지지 기능을 가질 수 있도록 하는 소재라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 제1 코팅층(400)의 두께는 100 nm 내지 10 mm, 바람직하게는 1 um 내지 1 mm, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 um로서, 상기 제1 코팅층(400)의 두께가 상기 범위를 벗어날 경우에는, 소자의 유연성이 저하되거나 방수/방습 등의 기능을 충분히 수행하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 한편, 상기 제1 코팅층(400)의 양 끝단은, 집전극을 포함하는 소자 전체를 물, 습기 및 산소로부터 보호하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 전극(100, 200)의 양 끝단 대비 돌출되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 제2 코팅층(500)의 두께는 1 um 내지 10 mm, 바람직하게는 5 um 내지 5 mm, 더욱 바람직하게는 10 um 내지 1 mm로서, 상기 제2 코팅층(500)의 두께가 상기 범위를 벗어날 경우에는, 소자의 유연성이 저하되거나 소자 지지의 기능을 충분히 수행하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 한편, 도 3에는 상기 제1 코팅층(400)과 제2 코팅층(500)의 길이를 동일하게 표현하였으나, 이는 일 예에 불과한 것으로서, 상기 제2 코팅층(500)의 어느 한 쪽 끝단 또는 양 쪽 끝단이 상기 제1 코팅층(400) 대비 돌출되도록 구성할 수도 있다. 이와 같은 돌출 구성을 하게 되면, 코팅층이 외부 지지층에 의해 한번 더 완전히 코팅되어(감싸져), 외부로부터의 차단 효과가 향상될 수 있다.
도 4 및 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰전기 발전 소자의 측단면 모식도이다. 한편, 본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자는, 필요에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마찰전기 발생층(300)과 제1 전극(100)의 사이, 그리고, 상기 마찰전기 발생층(300)과 제2 전극(200)의 사이 각각에, 폴리아미드(Polyamide), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol(PVA)), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate(PMMA)), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral(PVB)), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 천연고무(natural rubber), 폴리스티렌(Polystyrene(PS)), 폴리염화비닐리덴(Polyvinylidene chloride), 폴리에틸렌(Polyethylene(PE)), 폴리프로필렌(Polypropylene(PP)), 폴리이미드(Polyimide), 폴리염화비닐(Polyvinylchloride(PVC)) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane(PDMS))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 소재를 포함하는 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자는, 소자의 성능 향상을 위하여, 필요에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)을 복수층으로 구성하여, 마찰전기 발생층(300)과 교차 적층시킬 수도 있으며, 그 순서는 도 5에 제한되지 않고, 소자 성능을 고려하여 다양한 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)은, 상기 마찰전기 발생층(300)과의 상호작용 및 마찰전기 발생층(300)에서 전하가 역방향으로 흐르는 것을 방지하여 마찰전기의 발전 정도를 보다 향상시키기 위한 것으로서, 상기 제1 계면층(600)과 제2 계면층(700)은 마찰전기(Triboelectric) 극성이 서로 다르며, 예를 들어, 상기 제1 계면층(600)이 PMMA일 경우, 상기 제2 계면층(700)은 PVC일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 계면층(600)과 제2 계면층(700) 중 어느 하나가 PMMA, Polyamide, Polyvinyl Alcohol, Polybutyral 및 Polystyrene으로 이루어진 군으로부터 선택되면, 나머지 하나의 계면층은 PVC, PDMS, Polypropylene, Polyethylene 및 Polyvinylidine Chloride로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
그밖에, 상기 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)의 두께는 1 nm 내지 1 mm, 바람직하게는 50 nm 내지 500 um, 더욱 바람직하게는 100 nm 내지 100 um로서, 상기 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)의 두께가 상기 범위를 벗어날 경우에는, 소자의 유연성이 저하되거나, 소자의 발전 성능이 저하되거나, 마찰전기 발생층(300)에서 역방향으로 움직이는 전하들을 차단하는 역할을 제대로 수행하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 지금까지 설명한 마찰전기 발생층(300), 제1 전극(100), 제2 전극(200), 제1 코팅층(400), 제2 코팅층(500), 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)의 너비(가로 × 세로, 위에서 내려다 본 모습 기준)는 특별한 제한이 없으며, 목적으로 하는 마찰전기 발전 소자의 크기 및 특성 등에 따라 가변될 수 있다.
다음으로, 도 1 및 3을 참조하여, 본 발명에 따른 마찰전기 발전 소자의 제조방법에 대하여 설명한다. 상기 마찰전기 발전 소자의 제조방법은, a) 유전 성질이 상이한 둘 이상의 고분자를 각각 용매에 용해 및 분산시키거나, 용해 및 분산시킨 후 혼합하거나, 용융시켜 혼합하는 단계, b) 소재가 상이한 제1 전극 및 제2 전극 각각의 표면 일부를 마스킹 처리하는 단계, c) 상기 마스킹 처리된 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극(도면상 제2 전극, 200)에 있어서, 마스킹 처리되지 않은 노출 면에 상기 a) 단계에서 혼합되었거나 혼합되지 않은 고분자 용액을 공급한 후 건조 또는 경화시켜, 전극 상에 마찰전기 발생층(또는 고분자 복합 필름, 300)을 형성하는 단계 및 d) 상기 마찰전기 발생층(300)의 상부에, 상기 마찰전기 발생층(300)이 형성되지 않은 나머지 전극(도면상 제1 전극, 100)을 적층시킨 후 압착하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 c) 단계 및 d) 단계 중 어느 하나 이상의 단계가 수행된 이후에는, 상기 마찰전기 발생층(300)을 어닐링시키는 공정이 수행될 수 있고, 상기 마찰전기 발전 소자의 제조방법은, 필요에 따라, e) 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)의 각 외주면에 제1 코팅층(400)을 형성하는 단계 및 f) 상기 제1 코팅층(400)의 각 외주면에 제2 코팅층(500)을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따라, 마찰전기 발전 소자를 제조하기 위해서는, 먼저, 유전 성질이 상이한 둘 이상의 고분자를 각각 용매에 용해 및 분산시키거나, 용해 및 분산시킨 후 혼합하거나, 유전 성질이 상이한 둘 이상의 고분자를 용융시켜 혼합하여야 한다(에멀젼 중합의 경우, water-borne 용액 및 solvent-borne 용액을 혼합, a 단계). 상기 고분자(소재)는 마찰전기 발전 소자 내에서 전기를 발생시키는 마찰부를 구성하는 것으로서, 이에 대한 구체적인 설명은 상기 마찰전기 발전 소자에서 기술한 고분자에 관한 내용을 준용한다. 한편, 고분자를 각각 용매에 용해 및 분산시킨 후 혼합하지 않는 경우에는, 전극 상에 각 고분자 용액을 순차 공급함으로써 적층형의 마찰전기 발전 소자가 제조될 수 있다.
상기 고분자를 용매에 용해/분산시키는 것은, 상기 고분자의 양산성을 보다향상시키기 위한 본 발명 고유의 공정으로서, 사용 가능한 용매로는 선형 및 환형의 지방족(alkane)계 화합물, 방향족(aromatic)계 화합물, 키톤계(ketone) 화합물, 선형 및 환형의 에테르(ether)계 화합물, 아민(amine)계 화합물, 황화물(sulfide)계 화합물 및 할로겐(halogen)계 화합물 등의 유기 용제를 예로 들 수 있고, 보다 구체적으로는, Hexane, Cyclohexane, Toluene, Acetone, Diethyl ether, Tetrahydrofuran(THF), N-Methyl-2-pyrrolidone, Dimethyl sulfoxide, Dichloromethane 및 Chloroform 등의 범용 용매를 예시할 수 있다.
상기 고분자를 용매에 용해시키는 농도는 0.1 내지 10,000 g/kg, 바람직하게는 1 내지 5,000 g/kg, 더욱 바람직하게는 10 내지 1,000 g/kg으로서, 상기 고분자를 용매에 용해시키는 농도가 상기 범위를 벗어날 경우에는, 상기 고분자를 용매에 용해시킴으로써 얻을 수 있는 효과가 미미하거나 혼합 공정이 어려울 수 있다. 또한, 상기 고분자를 용매에 용해시키는 온도는 0 내지 70 ℃, 바람직하게는 10 내지 50 ℃, 더욱 바람직하게는 25 내지 40 ℃로서, 상기 고분자를 용매에 용해시키는 온도가 상기 범위를 벗어날 경우, 용해가 되지 않거나 분해가 되거나 또는 폭발의 위험성이 증가하는 문제가 발생할 우려가 있다.
이때, 각 고분자 용액의 혼합비는 0.1 : 99.9 내지 99.9 : 0.1의 중량비, 바람직하게는 20 : 80 내지 80 : 20의 중량비, 더욱 바람직하게는 40 : 60 내지 60 : 40의 중량비일 수 있다. 한편, 서로 다른 고분자 용액을 혼합하는 a) 단계의 수행 시에는, 각 고분자 소재의 유연성 및 충격 강도를 보강하기 위하여, 필요에 따라, 가소제 및 충격 보강재 등의 첨가제를 추가로 첨가할 수 있다.
다음으로, 소재가 상이한 전극(제1 전극 및 제2 전극)을 준비한 후, 각 표면의 일부를 마스킹 처리한다(b 단계). 상기 제1 전극 및 제2 전극은 마찰전기의 발전이 가능하도록 서로 다른 소재로 구성되어야 한다. 이와 같은, 제1 및 제2 전극의 표면 일부를 테이프로 마스킹 처리하는 이유는, 양 전극 간 쇼트(short) 현상을 방지하고, 또한, 마찰전기 발생층의 면적을 소자마다 동일하게 유지하기 위함으로써, 상기 고분자 혼합액을 도포(또는, 공급)하고자 하지 않는 부분을 마스킹 적용 부위로 한다. 그밖에, 전극 및 마스킹에 대한 구체적인 설명은, 상기 마찰전기 발전 소자에서 기술한 전극 및 마스킹의 내용을 준용한다.
상기 각 전극의 표면을 마스킹 처리한 후에는, 상기 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극(도면상 제2 전극, 200)상에(정확하게는, 전극의 마스킹 처리되지 않은 노출 면에), 상기 a) 단계에서 혼합되었거나 혼합되지 않은 고분자 용액을 공급(도포)한 후 건조 또는 경화시켜, 하나의 전극 상에 마찰전기 발생층(또는 고분자 복합 필름, 300)을 형성시킨다(c 단계). 상기 고분자 혼합액을 전극상에 공급하는 방식에는 드롭 캐스팅(drop casting), 스크린 프린팅(screen printing), 스핀 코팅(spin coating), 로토그라비어 프린팅(rotogravure printing), 스프레이 코팅(spray coating) 및 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 등이 있다. 그밖에, 상기 마찰전기 발생층(300)의 두께는, 1 ㎚ 내지 10,000 ㎛, 바람직하게는 100 ㎚ 내지 5,000 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 1,000 ㎛로서, 상기 마찰전기 발생층(300)의 두께가 10,000 ㎛를 초과할 경우에는, 접합부에서 발생한 전하의 분리로 인해 형성되는 전기장이 집전극까지 영향을 미치지 못하여, 전압 및 전류가 생성되지 못하는 문제가 발생할 우려가 있고, 1 ㎚ 미만일 경우에는 집전극간의 거리가 너무 가까워 터널링(tunneling) 현상으로 인한 소자 쇼트(short) 현상이 발생할 수 있다.
한편, 상기 마찰전기 발전 소자의 제조방법은, 필요에 따라, 상기 c) 단계에서 형성된 고분자 복합 필름(마찰전기 발생층)의 표면 상에, 상기 c) 단계에서 사용된 고분자 혼합액을 1 회 이상, 바람직하게는 1 내지 100 회, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 회 재공급한 후 건조시키는 단계를 더 포함한다. 이는, 상기 고분자 복합 필름의 두께를 조절하기 위한 과정으로서, 상기 a) 단계의 고분자 농도가 낮을수록 재공급 횟수는 많아질 수 있으며, 따라서, 고분자 농도가 높을 경우에는, 이와 같은 고분자 혼합액의 재공급 과정이 수행되지 않을 수 있다.
그밖에, 본 명세서에 있어서, 고분자 용액 및 혼합액을 먼저 제조하고, 이후 전극의 표면을 마스킹 처리하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 어디까지나 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 그 순서가 바뀌거나 동시에 진행될 수 있다.
상기와 같이 전극 상에 마찰전기 발생층이 형성되면, 어닐링된 마찰전기 발생층(300)의 상부에, 상기 마찰전기 발생층(300)이 형성되지 않은 나머지 전극(도면상 제1 전극, 100)을 적층시킨 후 압착한다(d 단계). 상기 압착은 롤 프레스 방식 및 핫 프레스 방식 등 통상적인 압착 방식에 의해, 40 내지 250 ℃의 온도 및 1 gF 내지 100 kgF의 압력 하에서 수행될 수 있다.
한편, 상기 c) 단계 및 d) 단계 중 어느 하나 이상의 단계가 수행된 이후에는, 상기 마찰전기 발생층(300)을 어닐링시키는 공정이 수행된다. 상기 어닐링 공정은 마찰전기 발생층(300)을 일정 온도로 만든 후, 해당 온도에서 일정 시간 동안 유지시키고, 이어서 실온으로 냉각시키는 과정으로서, 상기 마찰전기 발생층(300) 내부의 고분자들의 결집도 조절을 통한 총 접합면적 조절에 따라 발전 효율을 최적화 하는 용도로 사용된다. 이와 같은 어닐링 공정의 온도, 소요 시간 및 횟수는, 목적으로 하는 발전 소자의 물성 등을 고려하여 임의 변경 가능하나, 30 내지 250 ℃, 바람직하게는 50 내지 150 ℃의 온도 하에서, 1 내지 3,600 초, 바람직하게는 10 내지 180 초 동안 1 내지 24 회, 바람직하게는 1 내지 10 회 수행될 수 있다.
한편, 상기 어닐링 공정이 수행되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마찰전기 발생층(300)과 제1 전극(100)의 사이, 그리고, 상기 마찰전기 발생층(300)과 제2 전극(200)의 사이 각각에(또는, 마찰전기 발생층(300)의 양면에), 계면층(도 4에 있어서, 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700))이 형성될 수 있다. 이는, 어닐링 공정 시 가열에 의해 마찰전기 발생층(300)의 고분자가 상하부로 새어 나오는 현상으로서 밀도 차이에 의한 것이며, 상기 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)은 마찰전기(Triboelectric) 극성이 상호 반대인 고분자로 형성되도록 유도 가능하다.
한편, 상기 계면층은, 어닐링 공정에 의해 형성되는 방법 이외에, 전극 상에 마찰전기 발생층(또는 고분자 복합 필름, 300)을 형성시키기 전 등의 시점에 의도적으로 형성될 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 계면층(600) 및 제2 계면층(700)을 복수층으로 구성하여, 마찰전기 발생층(300)과 교차 적층시킬 수도 있으며, 그 순서는 도 5에 제한되지 않고, 소자 성능을 고려하여 다양한 조합으로 이루어질 수 있다. 여기서, 마찰전기 소자가 도 5와 같은 구성으로 이루어지면, 소자의 성능이 보다 향상될 수 있다.
한편, 상기 e) 단계의 제1 코팅층(400)을 형성한 후, 또는 상기 f) 단계의 제2 코팅층(500)을 형성한 후에도, 필요에 따라, 어닐링 공정이 추가로 수행될 수 있으며, 그밖에, 상기 제1 코팅층(400) 및 제2 코팅층(500)의 소재 및 두께 등에 관한 설명은, 상기 마찰전기 발전 소자에서 기술한 내용을 준용한다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 마찰전기 발전 소자의 제조
먼저, PMMA를 Tetrahydrofuran(THF)에 0.1 g/mL의 농도로 상온에서 용해시키고, PVC 또한 THF에 0.1 g/mL의 농도로 동일하게 상온에서 용해시킨 후, PMMA 용액과 PVC 용액을 1 : 1의 중량비로 혼합하여 고분자 혼합액을 제조하였다.
다음으로, 아크릴 접착제가 도포된 PET 코팅 용지 표면상에 4.3 cm × 9 cm × 10 μm의 크기를 가지는 알루미늄 전극을 접착하고 전극의 표면을 아세톤으로 세척한 후, 도 2에 도시된 바와 같은 형태로 4.3 cm × 8 cm의 면적(Exposed Electrode)을 제외한 나머지 부분을 스카치 테이프로 마스킹 처리한 전극 필름을 2장 준비하였다.
이어서, 노출된(마스킹 처리되지 않은) 전극 필름 1장의 표면에, PMMA-PVC 고분자 혼합액을 바 코팅(bar coating)하고 건조시켜 마찰전기 발생층을 형성한 후, 마찰전기 발생층의 상부면(표면)에 상기 PMMA-PVC 고분자 혼합액을 추가로 5회 바 코팅 및 건조시켰다.
이후, 마스킹 처리된 전극 필름 1장을 PMMA-PVC 고분자 혼합액으로 코팅된 전극 표면에 겹친 후 라미네이터(Kolami-320S, 코라미, 대한민국)를 이용하여 마찰전기 발생층을 70 내지 90 ℃에서 약 5초 간 어닐링시키며 약 1 kgF의 압력으로 압착하여, 마찰전기 발전 소자를 제조하였다.
[실시예 2] 적층형 마찰전기 발전 소자의 제조
PVC와 PMMA 용액을 혼합하지 않고 PVC와 PMMA층을 1회 순차 코팅하여 적층한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 마찰전기 발전 소자를 제조하였다.
[실시예 3] 적층형 마찰전기 발전 소자의 제조
PVC와 PMMA층을 번갈아 교차로 3회씩 코팅하여 적층한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여, 마찰전기 발전 소자를 제조하였다.
[실시예 4] 적층형 마찰전기 발전 소자의 제조
PVC와 PMMA층을 번갈아 교차로 5회씩 코팅하여 적층한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여, 마찰전기 발전 소자를 제조하였다.
[비교예 1] 마찰전기 발전 소자의 제조
고분자 혼합액을 사용하지 않아, 드롭 캐스팅, 건조 및 어닐링 공정이 배제된 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 마찰전기 발전 소자를 제조하였다.
[비교예 2] 마찰전기 발전 소자의 제조
PVC 용액을 제외하여, PMMA-PVC 고분자 혼합액 대신 PMMA 고분자 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 마찰전기 발전 소자를 제조하였다(즉, 마찰전기 발생층은 PMMA 고분자로만 구성).
[비교예 3] 마찰전기 발전 소자의 제조
PMMA 용액을 제외하여, PMMA-PVC 고분자 혼합액 대신 PVC 고분자 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, 마찰전기 발전 소자를 제조하였다(즉, 마찰전기 발생층은 PVC 고분자로만 구성).
[실시예 1, 비교예 1~3] 마찰전기 발생량 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 마찰전기 발전 소자의 양 전극과 멀티미터(multimeter, UT61E, UNI-T사, 중국)를 전선으로 연결한 후, 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 변화를 측정하였다. 즉, 최초 10초의 휴지기(休止期) 이후에 20초 동안 초당 3 번씩(3 Hz) 소자를 상하로 구부러뜨렸고, 이어서, 10 내지 20초의 휴지기를 가졌으며, 이후, 최초 휴지기를 제외한 나머지 과정을 2회 추가로 반복하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프이고, 도 7 내지 9는 본 발명의 비교예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프로서, 도 6은 상기 실시예 1에 해당하고, 도 7 내지 9는 각각 상기 비교예 1 내지 3에 해당한다. 먼저, 상기 실시예 1에서 제조된 (고분자 복합 필름을 사용한) 마찰전기 발전 소자의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 소자에 가해지는 충격/변화에 따라 전기가 즉각적으로 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 1에서 제조된 (고분자 복합 필름을 사용하지 않은) 소자의 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 마찰전기가 전혀 발생하지 않았고, 비교예 2에서 제조된 (PMMA 고분자만을 사용한) 소자의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 전기는 발생하였지만 실시예 1 대비 크게 적은 것을 알 수 있으며, 비교예 3에서 제조된 (PVC 고분자만을 사용한) 소자의 경우에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 극소량의 전기만 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 2~4] 마찰전기 발생량 평가
상기 실시예 2 내지 4에서 제조된 적층형 마찰전기 발전 소자의 양 전극과 멀티미터(multimeter, UT61E, UNI-T사, 중국)를 전선으로 연결한 후, 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 변화를 측정하였다. 즉, 최초 10초의 휴지기(休止期) 이후에 20초 동안 초당 3 번씩 소자를 상하로 구부러뜨렸고, 이어서, 10 내지 20초의 휴지기를 가졌으며, 이후, 최초 휴지기를 제외한 나머지 과정을 2회 추가로 반복하였다.
도 10 내지 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 마찰전기 발전 소자에 가해지는 충격에 따른 전압 및 전류를 측정한 그래프로서, 도 10 내지 12는 각각 상기 실시예 2 내지 4에 해당한다. 상기 실시예 2 내지 4에서 제조된 적층형 마찰전기 발전 소자는, 적층형이 아닌 마찰전기 발전 소자에 관한 실시예 1과 마찬가지로 소자에 가해지는 충격/변화에 따라 전기가 즉각적으로 발생하는 것을 확인할 수 있었다(도 10 내지 12 참조). 또한, 적층 수가 증가할수록, 발생하는 전기의 전압 및 전체적인 전류량이 증가하는 것도 확인할 수 있었다.
Claims (20)
- 중심부에 위치하며 서로 다른 둘 이상의 고분자로 이루어진 접합(junction) 구조의 마찰부를 포함하는 마찰전기 발생층(300);
상기 마찰전기 발생층(300)의 어느 일면에 대향되어 위치하는 제1 전극(100); 및
상기 마찰전기 발생층(300)의 다른 일면에 대향되어 위치하는 제2 전극(200);을 포함하며,
상기 마찰부는 나노미터 내지 마이크로미터 단위의 접합부들로 이루어져 있고,
상기 접합부는 서로 다른 둘 이상의 고분자가 불균일하게 맞닿아 있는 벌크 이종 접합(bulk-heterojunction)의 구조를 가지거나 다중 접합(multijunction)의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 마찰전기 발전 소자. - 청구항 1에 있어서, 상기 고분자는 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐부티랄, 폴리아크릴로니트릴, 천연고무, 폴리스티렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리염화비닐 및 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 마찰전기 발생층에는 서로 다른 두 고분자가 0.1 : 99.9 내지 99.9 : 0.1의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극은 구리, 알루미늄, 금, 은, carbon felt, carbon paper 및 탄소나노튜브(CNT)가 첨가된 복합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극은, 상기 마찰전기 발생층과 대면되는 부분을 제외한 나머지 외부 노출 면이, 접착 성분이 도포된 테이프 또는 절연체 물질에 의해 마스킹(Masking) 처리되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 마찰전기 발전 소자는,
상기 제1 및 제2 전극(100, 200) 각각의 외주면에 위치하는 한 쌍 이상의 제1 코팅층(400); 및
상기 제1 코팅층(400) 각각의 외주면에 위치하는 한 쌍 이상의 제2 코팅층(500);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자. - 청구항 6에 있어서, 상기 제1 코팅층은 에폭시, 폴리에스터, 폴리우레탄, 파라핀 왁스와 폴리올레핀의 혼합물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 에틸렌비닐알코올, 폴리염화비닐리덴 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 6에 있어서, 상기 제2 코팅층(500)은 폴리이미드, 폴리에테르에테르키톤, 이들의 혼합물 및 이들 중 어느 하나 이상과 상기 제1 코팅층(400)을 구성하는 화합물의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 마찰전기 발생층의 두께는 1 ㎚ 내지 10,000 ㎛인 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극의 두께는 20 nm 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 6에 있어서, 상기 제1 코팅층의 두께는 100 nm 내지 10 mm이고, 상기 제2 코팅층의 두께는 1 um 내지 10 mm인 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자.
- 청구항 1에 있어서, 상기 마찰전기 발전 소자는,
상기 마찰전기 발생층과 제1 전극의 사이 및 마찰전기 발생층과 제2 전극의 사이 각각에, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐부티랄, 폴리아크릴로니트릴, 천연고무, 폴리스티렌, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리염화비닐 및 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 소재를 포함하는 제1 계면층(600); 및 제2 계면층(700);을 더 포함하며,
상기 제1 계면층 및 제2 계면층은 마찰전기(Triboelectric) 극성이 서로 다른 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자. - a) 유전 성질이 상이한 둘 이상의 고분자를 각각 용매에 용해 및 분산시키거나, 용해 및 분산시킨 후 혼합하거나, 용융시켜 혼합하는 단계;
b) 소재가 상이한 제1 전극 및 제2 전극 각각의 표면 일부를 마스킹 처리하는 단계;
c) 상기 마스킹 처리된 제1 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극에 있어서, 마스킹 처리되지 않은 노출 면에 상기 a) 단계에서 혼합되었거나 혼합되지 않은 고분자 용액을 공급한 후 건조 또는 경화시켜, 전극 상에 마찰전기 발생층을 형성하는 단계; 및
d) 상기 마찰전기 발생층의 상부에, 상기 마찰전기 발생층이 형성되지 않은 나머지 전극을 적층시킨 후 압착하는 단계;를 포함하며,
상기 c) 단계 및 d) 단계 중 어느 하나 이상의 단계가 수행된 이후에는, 상기 마찰전기 발생층을 어닐링시키는 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 마찰전기 발전 소자의 제조방법. - 삭제
- 청구항 13에 있어서, 상기 용매는 선형 및 환형의 지방족(alkane)계 화합물, 방향족(aromatic)계 화합물, 키톤계(ketone) 화합물, 선형 및 환형의 에테르(ether)계 화합물, 아민(amine)계 화합물, 황화물(sulfide)계 화합물 및 할로겐(halogen)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자의 제조방법.
- 청구항 13에 있어서, 상기 각 고분자 용액의 혼합비는 중량비로 0.1 : 99.9 내지 99.9 : 0.1인 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자의 제조방법.
- 청구항 13에 있어서, 상기 마찰전기 발전 소자의 제조방법은,
e) 상기 제1 전극 및 제2 전극의 각 외주면에 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및
f) 상기 제1 코팅층의 각 외주면에 제2 코팅층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자의 제조방법. - 청구항 17에 있어서, 상기 제1 코팅층은 에폭시, 폴리에스터, 폴리우레탄, 파라핀 왁스와 폴리올레핀의 혼합물, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 에틸렌비닐알코올, 폴리염화비닐리덴 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 제2 코팅층은 폴리이미드, 폴리에테르에테르키톤, 이들의 혼합물 및 이들 중 어느 하나 이상과 상기 제1 코팅층을 구성하는 화합물의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자의 제조방법.
- 청구항 13에 있어서, 상기 마찰전기 발전 소자의 제조방법은,
상기 c) 단계에서 형성된 마찰전기 발생층의 표면 상에, 상기 c) 단계에서 사용된 고분자 혼합액을 1 회 이상 재공급한 후 건조시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자의 제조방법. - 청구항 13에 있어서, 상기 고분자를 각각 용매에 용해 및 분산시킨 후 혼합하지 않고, 전극 상에 각 고분자 용액을 순차 공급하여, 적층형의 마찰전기 발전 소자가 제조되는 것을 특징으로 하는, 마찰전기 발전 소자의 제조방법.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170156387A KR102213229B1 (ko) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
US16/764,903 US11545914B2 (en) | 2017-11-22 | 2018-11-12 | Triboelectric generating device and manufacturing method thereof |
PCT/KR2018/013687 WO2019103374A1 (ko) | 2017-11-22 | 2018-11-12 | 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
JP2020546251A JP7254092B2 (ja) | 2017-11-22 | 2018-11-12 | 摩擦電気発電素子及びその製造方法 |
EP18880677.2A EP3716465A4 (en) | 2017-11-22 | 2018-11-12 | TRIBOELECTRIC GENERATING DEVICE AND THEIR MANUFACTURING METHOD |
RU2020120437A RU2745850C1 (ru) | 2017-11-22 | 2018-11-12 | Трибоэлектрическое генерирующее устройство и способ его изготовления |
CN201880080776.5A CN111480289A (zh) | 2017-11-22 | 2018-11-12 | 摩擦发电装置及其制造方法 |
SG11202004436WA SG11202004436WA (en) | 2017-11-22 | 2018-11-12 | Triboelectric generating device and manufacturing method thereof |
US18/071,265 US20230123778A1 (en) | 2017-11-22 | 2022-11-29 | Triboelectric generating device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170156387A KR102213229B1 (ko) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190058941A KR20190058941A (ko) | 2019-05-30 |
KR102213229B1 true KR102213229B1 (ko) | 2021-02-04 |
Family
ID=66631093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170156387A KR102213229B1 (ko) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US11545914B2 (ko) |
EP (1) | EP3716465A4 (ko) |
JP (1) | JP7254092B2 (ko) |
KR (1) | KR102213229B1 (ko) |
CN (1) | CN111480289A (ko) |
RU (1) | RU2745850C1 (ko) |
SG (1) | SG11202004436WA (ko) |
WO (1) | WO2019103374A1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023234656A1 (ko) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 숙명여자대학교산학협력단 | 굴곡진 형태의 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102213229B1 (ko) * | 2017-11-22 | 2021-02-04 | 송찰스기석 | 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
WO2019132160A1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-07-04 | 김창보 | 내시경용 시술기구 |
KR102381422B1 (ko) * | 2019-09-25 | 2022-03-30 | 경상국립대학교산학협력단 | 다공성 탄성 센서를 이용한 폴리머 비계 표면패턴을 이용한 연성 압력센서 |
KR20210077157A (ko) * | 2019-12-17 | 2021-06-25 | 송찰스기석 | 분리막이 적용된 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
KR102437360B1 (ko) * | 2020-08-19 | 2022-08-26 | 인하대학교 산학협력단 | 불소계 고분자 및 황 고분자를 포함하는 대면적 대전체 복합필름, 그의 제조방법 및 그를 이용한 마찰전기 발전소자 |
KR102680489B1 (ko) * | 2021-12-16 | 2024-07-03 | 한국화학연구원 | 마찰전기 나노발전소자용 필름형 마찰층 및 이의 제조방법 |
KR102623192B1 (ko) * | 2021-12-23 | 2024-01-11 | 연세대학교 산학협력단 | 고민감성 돌기형 압력 센서를 위한 전극 구조체 및 그 제조 방법 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101476742B1 (ko) * | 2013-11-14 | 2014-12-29 | 포항공과대학교 산학협력단 | 나노발전기의 제조방법 |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2142678C1 (ru) * | 1996-03-15 | 1999-12-10 | Черкашин Павел Васильевич | Протонный генератор - черкашина п.в. |
JP5434305B2 (ja) * | 2009-06-30 | 2014-03-05 | トヨタ紡織株式会社 | 発電マット |
EP2400573A1 (de) | 2010-06-23 | 2011-12-28 | Bayer MaterialScience AG | Elektromechanischer Wandler, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben |
JP2014087149A (ja) | 2012-10-23 | 2014-05-12 | Nippon Shokubai Co Ltd | 振動発電装置用帯電樹脂基材 |
KR101358291B1 (ko) * | 2012-10-31 | 2014-02-12 | 서울대학교산학협력단 | 액체의 접촉각 및 접촉면적의 변화를 이용한 에너지 전환 장치 |
JP2014207391A (ja) | 2013-04-15 | 2014-10-30 | 住友電気工業株式会社 | 発電素子、発電デバイス、発電ユニット及び発電素子の設置方法 |
KR101529814B1 (ko) | 2014-01-09 | 2015-06-17 | 성균관대학교산학협력단 | 하이브리드 발전소자 |
KR101538082B1 (ko) | 2014-01-24 | 2015-07-22 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 압전 및 마찰전기를 이용한 스펀지 구조의 소형 발전기 및 그 제조방법 |
CN104980060B (zh) * | 2014-04-09 | 2017-05-10 | 北京纳米能源与系统研究所 | 采集液体机械能的摩擦电纳米发电机以及发电方法 |
FR3024303B1 (fr) * | 2014-07-24 | 2016-08-26 | Commissariat Energie Atomique | Procede ameliore de realisation d'un generateur tribo-electrique a polymere dielectrique rugueux |
US10333430B2 (en) * | 2014-11-25 | 2019-06-25 | Georgia Tech Research Corporation | Robust triboelectric nanogenerator based on rolling electrification |
KR102293796B1 (ko) * | 2014-12-03 | 2021-08-25 | 삼성전자주식회사 | 마찰대전 발전소자 |
JP6699119B2 (ja) | 2015-01-22 | 2020-05-27 | 株式会社リコー | 素子及び発電装置 |
US10439517B2 (en) | 2015-01-26 | 2019-10-08 | Georgia Tech Research Corporation | Triboelectric nanogenerator for harvesting energy from water |
US10199958B2 (en) * | 2015-04-21 | 2019-02-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Triboelectric generator |
KR102553838B1 (ko) * | 2015-04-21 | 2023-07-12 | 삼성전자주식회사 | 마찰전기 발전기 |
KR101645134B1 (ko) | 2015-05-08 | 2016-08-03 | 성균관대학교산학협력단 | 형상기억 폴리머 지지체를 이용한 정전기 에너지 발전소자 |
US10305020B2 (en) | 2015-05-15 | 2019-05-28 | Ricoh Company, Ltd. | Element and electric generator |
KR101694003B1 (ko) | 2015-06-05 | 2017-01-06 | 성균관대학교산학협력단 | 하이브리드 형태의 전해질을 이용한 마찰전기 에너지 발전 소자 |
KR101971076B1 (ko) | 2015-07-29 | 2019-04-22 | 주식회사 엘지화학 | 마찰 전기를 이용한 발전기 |
FR3043864A1 (fr) * | 2015-11-13 | 2017-05-19 | Patrice Cocheteux | Dispositif de detection d'impact par triboelectrification |
KR20170087122A (ko) | 2016-01-19 | 2017-07-28 | 한국기계연구원 | 마찰전기 발전기 및 그 제조방법 |
US10629800B2 (en) * | 2016-08-05 | 2020-04-21 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Flexible compact nanogenerators based on mechanoradical-forming porous polymer films |
KR101720913B1 (ko) * | 2016-12-28 | 2017-03-29 | 전남대학교산학협력단 | 마찰전기 발생장치 |
KR102213229B1 (ko) * | 2017-11-22 | 2021-02-04 | 송찰스기석 | 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
-
2017
- 2017-11-22 KR KR1020170156387A patent/KR102213229B1/ko active IP Right Grant
-
2018
- 2018-11-12 JP JP2020546251A patent/JP7254092B2/ja active Active
- 2018-11-12 SG SG11202004436WA patent/SG11202004436WA/en unknown
- 2018-11-12 CN CN201880080776.5A patent/CN111480289A/zh active Pending
- 2018-11-12 US US16/764,903 patent/US11545914B2/en active Active
- 2018-11-12 EP EP18880677.2A patent/EP3716465A4/en active Pending
- 2018-11-12 WO PCT/KR2018/013687 patent/WO2019103374A1/ko unknown
- 2018-11-12 RU RU2020120437A patent/RU2745850C1/ru active
-
2022
- 2022-11-29 US US18/071,265 patent/US20230123778A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101476742B1 (ko) * | 2013-11-14 | 2014-12-29 | 포항공과대학교 산학협력단 | 나노발전기의 제조방법 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023234656A1 (ko) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 숙명여자대학교산학협력단 | 굴곡진 형태의 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
KR20230166734A (ko) | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 숙명여자대학교산학협력단 | 굴곡진 형태의 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190058941A (ko) | 2019-05-30 |
RU2745850C1 (ru) | 2021-04-02 |
SG11202004436WA (en) | 2020-06-29 |
CN111480289A (zh) | 2020-07-31 |
US20230123778A1 (en) | 2023-04-20 |
JP2021513320A (ja) | 2021-05-20 |
US20200343829A1 (en) | 2020-10-29 |
US11545914B2 (en) | 2023-01-03 |
WO2019103374A1 (ko) | 2019-05-31 |
EP3716465A4 (en) | 2021-07-21 |
EP3716465A1 (en) | 2020-09-30 |
JP7254092B2 (ja) | 2023-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102213229B1 (ko) | 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 | |
Reeja‐Jayan et al. | A route towards sustainability through engineered polymeric interfaces | |
Gong et al. | Breath figure micromolding approach for regulating the microstructures of polymeric films for triboelectric nanogenerators | |
CN106575573B (zh) | 能量储存器件及其制造方法 | |
CN102003361B (zh) | 致动器 | |
KR101580409B1 (ko) | 투명하고, 유연한 에너지 수확 소자 및 이의 제조방법 | |
Khan et al. | Retracted: A concise review on the elastomeric behavior of electroactive polymer materials | |
Ko et al. | Synthesis and characterization of nanofiber-type hydrophobic organic materials as electrodes for improved performance of PVDF-based piezoelectric nanogenerators | |
US20100148164A1 (en) | All-organic sensor/actuator system | |
WO2012043845A1 (en) | Actuator | |
US9691557B2 (en) | Free-standing hybrid nanomembrane as energy storage electrode and the fabrication method thereof | |
Bhadra et al. | Electrical and electronic application of polymer–carbon composites | |
Mansor et al. | Polymer nanocomposites smart materials for energy applications | |
WO2018109724A1 (en) | Fabrication of patterned transparent electrodes for oled lighting applications | |
KR102052907B1 (ko) | 하이브리드 방식의 전력발전소자 및 이의 제조방법 | |
KR20210077157A (ko) | 분리막이 적용된 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 | |
KR101781928B1 (ko) | 탄성 마이크로 입자, 이의 제조방법 및 이를 이용한 압력센서 | |
Alarifi et al. | Conducting polymer membranes and their applications | |
KR20230166734A (ko) | 굴곡진 형태의 마찰전기 발전 소자 및 그 제조방법 | |
Liu et al. | Superior triboelectric polymer based on solid-state polymer forging | |
CN111883650B (zh) | 柔性多层复合压电薄膜的制备方法及柔性多层复合压电薄膜 | |
Han | Thermoelectric polymer-cellulose composite aerogels | |
Cauda et al. | Distributed array of polymeric piezo-nanowires through hard-templating method into porous alumina | |
Madhushani et al. | Conducting Polymers for Electrochemical Energy Storage Applications | |
Sun et al. | Stretchable thermoelectric materials/devices for low-grade thermal energy harvesting |
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 |