KR102234650B1 - Triboelectric generator comprising multiple lines - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마찰전기 발전 소자에 있어서 마찰전기 발전 소자의 전극들에 복수의 인출선을 연결함으로써 마찰전기 발전 소자의 출력을 향상시키는 내용에 관한 것이다.
본 발명은 간단한 전극 구성의 변형을 통해 비효율적인 전하이동을 개선하고 마찰전기 발전소자의 출력을 증가시킬 수 있는 방법을 제시한다.
이러한 방법은 모든 마찰전기 발전소자에 쉽게 적용될 수 있으며 전류 흐름에 대한 이해를 통해 마찰전기 발전소자의 실질적 산업화에 기여할 수 있을 것이다.The present invention relates to a content of improving the output of the triboelectric power generating element by connecting a plurality of lead wires to electrodes of the triboelectric power generating element in the triboelectric power generating element.
The present invention proposes a method capable of improving inefficient charge transfer and increasing the output of a triboelectric generator through a simple modification of an electrode configuration.
This method can be easily applied to any triboelectric power plant, and through an understanding of the current flow, it will be able to contribute to the practical industrialization of the triboelectric power plant.
Description
본 발명은 마찰전기 발전 소자에 있어서 마찰전기 발전 소자의 전극들에 복수의 인출선을 연결함으로써 마찰전기 발전 소자의 출력을 향상시키는 내용에 관한 것이다.The present invention relates to a content of improving the output of the triboelectric power generating element by connecting a plurality of lead wires to the electrodes of the triboelectric power generating element in the triboelectric power generating element.
마찰전기 발전소자의 출력을 증가시키기 위해 소자의 구조 최적화, 물질 개발에 대해 많은 연구가 이루어져 왔으나 소자와 외부 전기 부하와의 연결 방식에 대해서는 미흡하였다. In order to increase the output of the triboelectric power plant, many studies have been conducted on the optimization of the structure of the device and the development of materials, but the connection method between the device and an external electric load has been insufficient.
정전위 차이에 의해 외부 회로로 전류가 흐를 때, 전극의 넓이에 비해 좁은 영역에 전선을 연결하여 충분한 전류 경로가 확보되지 못할 경우 비효율적인 전류 흐름에 의해 정전 유도에 의해 흘러야 할 전하가 모두 외부 전기 부하로 이동하지 못하거나 전극 연결 지점의 전류 집중에 의해 열과 같이 쓸 수 없는 에너지로 소모될 수 있는 문제점이 존재한다.When a current flows to an external circuit due to the difference in electric potential, if a sufficient current path cannot be secured by connecting a wire in a narrow area compared to the width of the electrode, all the charges that must flow due to the electrostatic induction due to inefficient current flow are all the external electricity. There is a problem in that it cannot move to the load or is consumed as energy that cannot be used such as heat due to current concentration at the electrode connection point.
본 발명은 마찰전기 발전 소자의 전극에 복수의 전선을 연결하여 외부 전기 부하에 연결했을 때 발생하는 비효율적인 전하이동을 개선하여 마찰전기 발전소자의 출력을 증가시키는 내용을 제공한다.The present invention provides a content for increasing the output of a triboelectric generator by improving inefficient charge transfer that occurs when a plurality of wires are connected to an electrode of a triboelectric power generating element and connected to an external electric load.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보며 이격되어 배치된 제 2 마찰 물질층; 및 상기 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며, n은 2이상의 정수이고, 상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시킨다.A triboelectric power plant including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode; A first friction material layer disposed on the first electrode; A second friction material layer facing and spaced apart from the first friction material layer; And a second electrode disposed on the second friction material layer and disposed on a surface opposite to a surface facing the first friction material layer, wherein at least one of the first electrode and the second electrode includes n A leader line is arranged, n is an integer of 2 or more, and the first friction material layer repeats contact and non-contact with the second friction material layer to generate triboelectric energy.
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다. 상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함한다.The n lead lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n. The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 및 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보며 이격되어 배치되며 제 2 전극 역할을 하는 제 2 마찰 물질층을 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며, n은 2이상의 정수이고, 상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시킨다.A triboelectric power plant including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode; A first friction material layer disposed on the first electrode; And a second friction material layer facing and spaced apart from the first friction material layer and serving as a second electrode, wherein n number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode, , n is an integer greater than or equal to 2, and the first friction material layer repeats contact and non-contact with the second friction material layer to generate triboelectric energy.
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치되고, 상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함한다.The n lead lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n, and the n lead lines include a connection part connected to all of the n lead lines to form one lead line.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치된 제 2 마찰 물질층; 및 상기 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며, n은 2이상의 정수이고, 상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층이 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시킨다.A triboelectric power plant including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode; A first friction material layer disposed on the first electrode; A second friction material layer disposed to contact the first friction material layer; And a second electrode disposed on the second friction material layer and disposed on a surface opposite to a surface facing the first friction material layer, wherein at least one of the first electrode and the second electrode includes n A leader line is arranged, n is an integer of 2 or more, and the first friction material layer generates triboelectric energy as the second friction material layer becomes non-contact by sliding in a contact state.
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다. 상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함한다.The n lead lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n. The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 및 상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 제 2 전극 역할을 하는 제 2 마찰 물질층을 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며, n은 2이상의 정수이고, 상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층이 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시킨다. A triboelectric power plant including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode; A first friction material layer disposed on the first electrode; And a second friction material layer disposed to contact on the first friction material layer and serving as a second electrode, wherein n number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode, n is an integer greater than or equal to 2, and the first friction material layer generates triboelectric energy as the second friction material layer becomes a non-contact state by sliding in a contact state.
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다. 상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함한다.The n lead lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n. The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치된 제 2 마찰 물질층; 상기 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극; 및 상기 제 1 마찰 물질층과 상기 제 2 마찰 물질층을 관통하는 회전축을 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되고, n은 2이상의 정수이고, 상기 제 2 마찰 물질층이 상기 제 1 마찰 물질층 상에서 상기 회전축을 중심으로 회전함에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시킨다. A triboelectric power plant including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode; A first friction material layer disposed on the first electrode; A second friction material layer disposed to contact the first friction material layer; A second electrode disposed on the second friction material layer and disposed on a surface opposite to a surface facing the first friction material layer; And a rotation shaft penetrating the first friction material layer and the second friction material layer, wherein n number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode, and n is an integer of 2 or more. And as the second friction material layer rotates about the rotation axis on the first friction material layer, triboelectric energy is generated.
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다. 상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함한다.The n lead lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n. The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자는, 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 제 2 전극 역할을 하는 제 2 마찰 물질층; 및 상기 제 1 마찰 물질층과 상기 제 2 마찰 물질층을 관통하는 회전축을 포함하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며, n은 2이상의 정수이고, 상기 제 2 마찰 물질층이 상기 제 1 마찰 물질층 상에서 상기 회전축을 중심으로 회전함에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시킨다. A triboelectric power plant including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention includes: a first electrode; A first friction material layer disposed on the first electrode; A second friction material layer disposed to contact the first friction material layer and serving as a second electrode; And a rotation shaft penetrating the first friction material layer and the second friction material layer, wherein n number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode, and n is an integer of 2 or more. And as the second friction material layer rotates about the rotation axis on the first friction material layer, triboelectric energy is generated.
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다. 상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함한다.The n lead lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n. The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line.
본 발명은 간단한 전극 구성의 변형을 통해 비효율적인 전하이동을 개선하고 마찰전기 발전소자의 출력을 증가시킬 수 있는 방법을 제시한다.The present invention proposes a method capable of improving inefficient charge transfer and increasing the output of a triboelectric generator through a simple modification of an electrode configuration.
이러한 방법은 모든 마찰전기 발전소자에 쉽게 적용될 수 있으며 전류 흐름에 대한 이해를 통해 마찰전기 발전소자의 실질적 산업화에 기여할 수 있을 것이다.This method can be easily applied to any triboelectric power plant, and through an understanding of the current flow, it will be able to contribute to the practical industrialization of the triboelectric power plant.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 전극 연결 구조를 도시한다.
도 2는 단일 전극 구조 및 다중 전극 구조의 전력 손실 효과 차이를 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 푸싱 형태의 마찰전기 발전 소자의 실시예를 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 형태의 마찰전기 발전 소자의 실시예를 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 형태의 마찰전기 발전 소자의 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 소자 구조 및 전극 연결 형태를 도시한다.
도 10은 도 9의 실시예에서 전극에 연결된 인출선의 숫자를 변경하면서 출력값을 측정한 결과이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. 1 shows a multi-electrode connection structure according to an embodiment of the present invention.
2 shows the difference in power loss effect between a single electrode structure and a multi-electrode structure.
3 and 4 show an embodiment of a pushing type triboelectric power generating device according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 show an embodiment of a sliding type triboelectric power generation device according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 show an embodiment of a triboelectric power generating element of a rotating type according to an embodiment of the present invention.
9 shows a device structure and an electrode connection type according to an embodiment of the present invention.
10 is a result of measuring an output value while changing the number of lead wires connected to an electrode in the embodiment of FIG. 9.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, in which like reference numbers are used to indicate like elements throughout the drawings. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the invention. However, it is clear that these embodiments may be practiced without this specific description. In other examples, well-known structures and devices are presented in block diagram form to facilitate description of the embodiments.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features or steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명은 마찰전기 발전 소자의 다중 전극 구조를 통해 전극에 복수의 전류 경로를 제공하여 전류의 집중에 따른 비효율적인 전류 흐름과 불필요한 전력소모를 감소시킴으로써 마찰전기 발전 소자 출력을 향상시키는 내용에 관한 것이다.The present invention relates to a content of improving the output of a triboelectric generating element by providing a plurality of current paths to an electrode through a multi-electrode structure of a triboelectric generating element to reduce inefficient current flow and unnecessary power consumption due to the concentration of current. .
본 발명은 기존의 마찰전기 발전 소자에서 발생하는 단일 전극 연결에 의한 비효율적인 전하 이동 및 출력 감소를 다중 전극 연결을 통해 개선하여 소자의 출력을 증가시킬 수 있는 방법을 제시한다.The present invention proposes a method capable of increasing the output of the device by improving the inefficient charge transfer and output reduction caused by the single electrode connection occurring in the conventional triboelectric power generation device through the multiple electrode connection.
전극에 복수개의 인출선 연결을 통해 복수의 전류 경로를 전극에 제공하여 정전 유도에 의한 전류 흐름을 분산하여 전류의 집중에 의한 발열 혹은 비효율적 전류 흐름을 개선할 수 있으며 결과적으로 소자의 출력을 증가시킬 수 있다.By providing a plurality of current paths to the electrode through the connection of a plurality of lead wires to the electrode, it is possible to improve heat generation or inefficient current flow due to concentration of current by dispersing the current flow due to electrostatic induction, and as a result, increase the output of the device. I can.
다중 전극 연결은 큰 전극 구조체에 복수개의 인출선(전선) 연결을 의미하며, 다양한 형태의 전극과 전극 연결 방법을 포함하는 개념일 수 있다. 전극의 형태는 사각형, 원형, 육각형 등 다양한 변형이 가능하며 다중 전극 연결 또한 전극의 연결 지점의 분포, 연결 방식(납땜, PCB 패턴 등)의 응용 및 변형이 가능하다.Multi-electrode connection means connecting a plurality of lead wires (wires) to a large electrode structure, and may be a concept including various types of electrodes and electrode connection methods. The shape of the electrode can be variously modified, such as square, circular, and hexagonal, and it is possible to apply and change the distribution of connection points of the electrode and the connection method (solder, PCB pattern, etc.) for multi-electrode connection.
또한 접촉-분리 모드 마찰전기 발전소자 외에 마찰전기에 기반한 모든 종류의 마찰전기 발전 소자에 적용될 수 있다.In addition, it can be applied to all kinds of triboelectric power generation elements based on triboelectricity, in addition to the contact-separation mode triboelectric generator.
전극 물질은 구리, 금을 비롯하여 ITO, 그래핀, 전도성 폴리머 등 전기 전도성을 가지는 모든 물질을 사용할 수 있다.As the electrode material, any material having electrical conductivity such as copper, gold, ITO, graphene, conductive polymer, etc. can be used.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 전극 연결 구조를 도시한다. 도 2는 단일 전극 구조 및 다중 전극 구조의 전력 손실 효과 차이를 도시한다.1 shows a multi-electrode connection structure according to an embodiment of the present invention. 2 shows the difference in power loss effect between a single electrode structure and a multi-electrode structure.
기존의 마찰전기 발전 소자는 단일 전극 연결을 이루고 있다. 즉, 2개의 마찰 물질층의 각각의 전극(전극 1, 전극 2)에는 각각 1개씩의 인출선이 존재하고 이를 통해 외부 전기 부하에 연결되어 있었다. 이러한 단일 전극 구조의 경우, 도 2에서와 같이 많은 양의 전하가 축적되는 경우 병목현상이 생겨 빠른속도로 전자가 이동하지 못하는 문제점이 발생된다. 이러한 현상에 의해 전극 연결 부분의 저항에 의한 전력 손실 및 불완전한 전하이동이 발생하여 출력전류가 감소하게 된다. Existing triboelectric power generation devices have a single electrode connection. In other words, each electrode (electrode 1 and electrode 2) of the two friction material layers had one lead wire, which was connected to an external electric load. In the case of such a single electrode structure, as shown in FIG. 2, when a large amount of charge is accumulated, a bottleneck occurs, causing a problem in that electrons cannot move at a high speed. Due to this phenomenon, power loss and incomplete charge transfer due to resistance of the electrode connection portion occur, and the output current decreases.
그러나, 도 1의 다중 전극 구조 및 도 2의 다중 전극 구조에서는 전류 경로가 복수의 방향으로 있으므로 전하가 빠져나갈 수 있는 길이 많기 때문에 전류 손실을 최소화하여 높은 출력을 얻을 수 있다. 도 1에서 2중 전극 연결 구조, 4중 전극 연결 구조, 8중 전극 연결 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 이처럼 본 발명에서는 전극에 n개(n은 2이상의 정수)의 인출선이 연결되는 다중 전극 연결 구조를 이루게 되며, 이 경우 n개의 인출선은 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다. 도 1에서 처럼 2개의 인출선의 경우 180도를 기준으로, 4개의 경우 90도를 기준으로 8개의 경우 45도를 기준으로 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 단일 전극 구조에서 설명한 전하의 축적에 의한 병목 현상을 최대한 줄이기 위해서는 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하기 때문이다.However, in the multi-electrode structure of Fig. 1 and the multi-electrode structure of Fig. 2, since the current paths are in a plurality of directions, there are many paths through which electric charges can escape, so that current loss can be minimized to obtain high output. In FIG. 1, a double electrode connection structure, a quadruple electrode connection structure, and an eight-electrode connection structure are illustrated by way of example. As described above, in the present invention, a multi-electrode connection structure is formed in which n lead lines (n is an integer of 2 or more) are connected to the electrodes, and in this case, n lead lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n. . As shown in FIG. 1, it is preferable that the two lead lines are arranged symmetrically with respect to 180 degrees, in the case of four, and 45 degrees in the case of eight. This is because it is preferable to arrange them symmetrically in order to minimize the bottleneck caused by the accumulation of charges described in the single electrode structure.
한편, n개의 인출선은 도 1에서 처럼 모두 모여 1개의 외부 인출선을 이루고 이러한 외부 인출선은 외부 전기 부하 등에 연결된다. n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하며, 도 1에서 n개의 인출선이 모이는 지점이 연결부에 해당한다.On the other hand, the n leader lines are all gathered to form one external leader line, as shown in FIG. 1, and these external leader lines are connected to an external electric load. The n leader lines include a connecting portion that is all connected to form one leader line, and in FIG. 1, a point where n leader lines are gathered corresponds to the connecting portion.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자를 푸싱 형태 소자, 슬라이딩 형태 소자, 회전 형태 소자로 나누어서 차례대로 설명하도록 하겠다. 이 경우 위에서 설명된 부분이나 다른 발전소자에서 설명된 부분과 중복되는 부분에 대해서는 반복 설명을 생략하도록 하겠다.Hereinafter, a triboelectric power generator including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention will be described in order by dividing it into a pushing type element, a sliding type element, and a rotation type element. In this case, repeated descriptions of the parts described above or overlapping parts described in other power plants will be omitted.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 푸싱 형태의 마찰전기 발전 소자의 실시예를 도시한다.3 and 4 show an embodiment of a pushing type triboelectric power generating device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자는, 제 1 전극(11); 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층(10); 제 1 마찰 물질층과 마주보며 이격되어 배치된 제 2 마찰 물질층(20); 및 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극(22)을 포함하고, 제 1 전극 및 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치된다. A triboelectric power plant including a plurality of lead wires according to an embodiment of the present invention includes: a
제 1 전극 및 제 2 전극은 전극 물질로 이용 가능한 것이면 무엇이든 이용될 수 있으며, 예를 들어 ITO, Al 등이 이용될 수 있다.Any of the first electrode and the second electrode may be used as long as it is available as an electrode material, and for example, ITO, Al, or the like may be used.
제 1 마찰 물질층 및 제 2 마찰 물질층은 서로 상이한 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 대전열(triboelectric series) 상에서 대전 특성 차이가 큰 물질이 이용되는 것이 바람직하다.For the first friction material layer and the second friction material layer, a material different from each other is preferably used, and a material having a large difference in charging characteristics in a triboelectric series is preferably used.
n개의 인출선은 이미 위에서 설명한 것처럼, 도 1에서와 같은 형태로 개수에 따라 대칭적으로 배치될 수 있다. n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다.As already described above, the n number of leader lines may be symmetrically arranged according to the number in the same shape as in FIG. 1. The n leader lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n.
또한, n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하고, 이러한 연결부에서 연결되어 인출선이 도 3 및 도 4에서 도면부호 (41) 및 (42)로 도시된다. 이러한 인출부(41, 42)에는 에너지 저장부(60)가 연결될 수 있으며, 인출부와 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드(51, 52)가 연결되어 있을 수 있다.In addition, the n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line, and the leader lines are connected at this connecting portion and are indicated by
푸싱 타입의 마찰전기 발전 소자는 제 1 마찰 물질층이 제 2 마찰 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시키게 된다.In the pushing type triboelectric power generating element, the first friction material layer repeats contact and non-contact with the second friction material layer to generate triboelectric energy.
도 3의 실시예는 제 1 전극 및 제 2 전극이 각각 별도로 존재하는 경우이며, 도 4의 실시예는 제 2 마찰 물질층이 전기 전도성 물질로 이루어져 전극 역할을 동시에 수행하는 경우의 실시예이다. The embodiment of FIG. 3 is a case where the first electrode and the second electrode each exist separately, and the embodiment of FIG. 4 is an embodiment of a case where the second friction material layer is made of an electrically conductive material and simultaneously serves as an electrode.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 형태의 마찰전기 발전 소자의 실시예를 도시한다.5 and 6 show an embodiment of a sliding type triboelectric power generation device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 형태의 마찰전기 발전 소자는, 제 1 전극(11); 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층(10); 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치된 제 2 마찰 물질층(20); 및 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극(22)을 포함하고, 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치된다.A sliding type triboelectric power generating element according to an embodiment of the present invention includes: a
제 1 전극 및 제 2 전극은 전극 물질로 이용 가능한 것이면 무엇이든 이용될 수 있으며, 예를 들어 ITO, Al 등이 이용될 수 있다.Any of the first electrode and the second electrode may be used as long as it is available as an electrode material, and for example, ITO, Al, or the like may be used.
제 1 마찰 물질층 및 제 2 마찰 물질층은 서로 상이한 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 대전열(triboelectric series) 상에서 대전 특성 차이가 큰 물질이 이용되는 것이 바람직하다.For the first friction material layer and the second friction material layer, a material different from each other is preferably used, and a material having a large difference in charging characteristics in a triboelectric series is preferably used.
n개의 인출선은 이미 위에서 설명한 것처럼, 도 1에서와 같은 형태로 개수에 따라 대칭적으로 배치될 수 있다. n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다.As already described above, the n number of leader lines may be symmetrically arranged according to the number in the same shape as in FIG. 1. The n leader lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n.
도 5 및 도 6에서는 인출선, 정류회로, 외부 에너지 저장부 등은 생략된 형태로 도시되어 있다.In FIGS. 5 and 6, a leader line, a rectifier circuit, an external energy storage unit, and the like are shown in an omitted form.
이러한 슬라이딩 형태의 마찰전기 발전 소자는, 제 1 마찰 물질층이 제 2 마찰 물질층이 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시킨다.The sliding type triboelectric power generating element generates triboelectric energy as the first friction material layer becomes a non-contact state by sliding while the second friction material layer is in contact.
도 5의 실시예는 제 1 전극 및 제 2 전극이 각각 별도로 존재하는 경우이며, 도 6의 실시예는 제 2 마찰 물질층이 전기 전도성 물질로 이루어져 전극 역할을 동시에 수행하는 경우의 실시예이다. The embodiment of FIG. 5 is a case in which the first electrode and the second electrode are separately present, and the embodiment of FIG. 6 is an embodiment in which the second friction material layer is made of an electrically conductive material and serves as an electrode at the same time.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 형태의 마찰전기 발전 소자의 실시예를 도시한다.7 and 8 show an embodiment of a triboelectric power generating element of a rotating type according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 형태의 마찰전기 발전 소자는, 제 1 전극(11); 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층(10); 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치된 제 2 마찰 물질층(20); 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극(22); 및 제 1 마찰 물질층과 제 2 마찰 물질층을 관통하는 회전축(90)을 포함하고, 제 1 전극 및 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치된다.A rotation type triboelectric power generating element according to an embodiment of the present invention includes: a
제 1 전극 및 제 2 전극은 전극 물질로 이용 가능한 것이면 무엇이든 이용될 수 있으며, 예를 들어 ITO, Al 등이 이용될 수 있다.Any of the first electrode and the second electrode may be used as long as it is available as an electrode material, and for example, ITO, Al, or the like may be used.
제 1 마찰 물질층 및 제 2 마찰 물질층은 서로 상이한 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 대전열(triboelectric series) 상에서 대전 특성 차이가 큰 물질이 이용되는 것이 바람직하다.For the first friction material layer and the second friction material layer, a material different from each other is preferably used, and a material having a large difference in charging characteristics in a triboelectric series is preferably used.
n개의 인출선은 이미 위에서 설명한 것처럼, 도 1에서와 같은 형태로 개수에 따라 대칭적으로 배치될 수 있다. n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치된다.As already described above, the n number of leader lines may be symmetrically arranged according to the number in the same shape as in FIG. 1. The n leader lines are symmetrically arranged on the electrode at an angle of 360°/n.
도 7 및 도 8에서는 인출선, 정류회로, 외부 에너지 저장부 등은 생략된 형태로 도시되어 있다.In FIGS. 7 and 8, a leader line, a rectifier circuit, an external energy storage unit, and the like are shown in an omitted form.
이러한 회전 형태의 마찰전기 발전 소자는, 제 2 마찰 물질층이 제 1 마찰 물질층 상에서 회전축을 중심으로 회전함에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시키게 된다. In this rotation type triboelectric power generating element, as the second friction material layer rotates about a rotation axis on the first friction material layer, triboelectric energy is generated.
도 7의 실시예는 제 1 전극 및 제 2 전극이 각각 별도로 존재하는 경우이며, 도시되지는 아니하였지만 제 2 마찰 물질층이 전기 전도성 물질로 이루어져 전극 역할을 동시에 수행하는 경우에는 제 2 전극은 생략될 수 있다.In the embodiment of FIG. 7, the first electrode and the second electrode exist separately, and although not shown, in the case where the second friction material layer is made of an electrically conductive material and serves as an electrode at the same time, the second electrode is omitted. Can be.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the contents of the present invention will be additionally described along with specific embodiments.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 소자 구조 및 전극 연결 형태를 도시한다.9 shows a device structure and an electrode connection type according to an embodiment of the present invention.
정사각형 두 개의 금 전극 PCB와 PFA 필름(25μm)을 전극 및 마찰 물질로 사용하는 접촉-분리 모드 마찰전기 발전소자를 제작하고 두 금 전극에 연결된 전극 연결 수에 따른 출력의 변화를 확인하였다.A contact-separation mode triboelectric generator using two square gold electrode PCBs and a PFA film (25 μm) as an electrode and friction material was fabricated, and the change in output according to the number of electrode connections connected to the two gold electrodes was confirmed.
이 경우 전극에 연결된 인출선의 숫자, 즉 전극 연결 숫자를 1개에서 8개로 변화시키면서 출력 전류를 측정하였으며, 그 결과가 도 10에서 도시되어 있다. 도 10에서 보듯이 전극 연결 수가 1개에서 8개로 증가할 때 출력 전류가 약 15% 정도 증가함을 확인하였다.In this case, the output current was measured while changing the number of lead wires connected to the electrode, that is, the number of electrode connections from 1 to 8, and the result is shown in FIG. 10. As shown in FIG. 10, when the number of electrode connections increased from 1 to 8, it was confirmed that the output current increased by about 15%.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (18)
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층;
상기 제 1 마찰 물질층과 마주보며 이격되어 배치된 제 2 마찰 물질층; 및
상기 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며,
n은 2이상의 정수이고,
상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시키며,
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치되어 전하 축적에 의한 병목 현상을 감소시키는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
A first electrode;
A first friction material layer disposed on the first electrode;
A second friction material layer facing and spaced apart from the first friction material layer; And
A second electrode disposed on the second friction material layer and disposed on a surface opposite to the surface facing the first friction material layer,
N number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode,
n is an integer of 2 or more,
The first friction material layer repeats contact and non-contact with the second friction material layer to generate triboelectric energy,
The n lead lines are symmetrically arranged at an angle of 360°/n on the electrode to reduce a bottleneck caused by charge accumulation,
A triboelectric power plant with a plurality of leader lines.
상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
The method of claim 1,
The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line,
A triboelectric power plant with a plurality of leader lines.
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 및
상기 제 1 마찰 물질층과 마주보며 이격되어 배치되며 제 2 전극 역할을 하는 제 2 마찰 물질층을 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며,
n은 2이상의 정수이고,
상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층과 접촉 및 비접촉을 반복하며 마찰 전기 에너지를 발생시키며,
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치되어 전하 축적에 의한 병목 현상을 감소시키는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
A first electrode;
A first friction material layer disposed on the first electrode; And
And a second friction material layer facing and spaced apart from the first friction material layer and serving as a second electrode,
N number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode,
n is an integer of 2 or more,
The first friction material layer repeats contact and non-contact with the second friction material layer to generate triboelectric energy,
The n lead lines are symmetrically arranged at an angle of 360°/n on the electrode to reduce a bottleneck caused by charge accumulation,
A triboelectric generator with a plurality of leader lines.
상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
The method of claim 4,
The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line,
A triboelectric generator with a plurality of leader lines.
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층;
상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치된 제 2 마찰 물질층; 및
상기 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며,
n은 2이상의 정수이고,
상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층이 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시키며,
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치되어 전하 축적에 의한 병목 현상을 감소시키는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
A first electrode;
A first friction material layer disposed on the first electrode;
A second friction material layer disposed to contact the first friction material layer; And
A second electrode disposed on the second friction material layer and disposed on a surface opposite to the surface facing the first friction material layer,
N number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode,
n is an integer of 2 or more,
The first friction material layer generates triboelectric energy as the second friction material layer becomes non-contact by sliding in a contact state,
The n lead lines are symmetrically arranged at an angle of 360°/n on the electrode to reduce a bottleneck caused by charge accumulation,
A triboelectric power plant with a plurality of leader lines.
상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
The method of claim 7,
The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line,
A triboelectric power plant with a plurality of leader lines.
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층; 및
상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 제 2 전극 역할을 하는 제 2 마찰 물질층을 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며,
n은 2이상의 정수이고,
상기 제 1 마찰 물질층이 상기 제 2 마찰 물질층이 접촉 상태에서 슬라이딩에 의해 비접촉 상태가 됨에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시키며,
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치되어 전하 축적에 의한 병목 현상을 감소시키는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
A first electrode;
A first friction material layer disposed on the first electrode; And
And a second friction material layer disposed to contact on the first friction material layer and serving as a second electrode,
N number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode,
n is an integer of 2 or more,
The first friction material layer generates triboelectric energy as the second friction material layer becomes non-contact by sliding in a contact state,
The n lead lines are symmetrically arranged at an angle of 360°/n on the electrode to reduce a bottleneck caused by charge accumulation,
A triboelectric power plant with a plurality of leader lines.
상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
The method of claim 10,
The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line,
A triboelectric generator with a plurality of leader lines.
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층;
상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치된 제 2 마찰 물질층;
상기 제 2 마찰 물질층 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 물질층과 마주보는 면의 반대면에 배치된 제 2 전극; 및
상기 제 1 마찰 물질층과 상기 제 2 마찰 물질층을 관통하는 회전축을 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며,
n은 2이상의 정수이고,
상기 제 2 마찰 물질층이 상기 제 1 마찰 물질층 상에서 상기 회전축을 중심으로 회전함에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시키며,
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치되어 전하 축적에 의한 병목 현상을 감소시키는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
A first electrode;
A first friction material layer disposed on the first electrode;
A second friction material layer disposed to contact the first friction material layer;
A second electrode disposed on the second friction material layer and disposed on a surface opposite to a surface facing the first friction material layer; And
And a rotation shaft penetrating the first friction material layer and the second friction material layer,
N number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode,
n is an integer of 2 or more,
As the second friction material layer rotates about the rotation axis on the first friction material layer, triboelectric energy is generated,
The n lead lines are symmetrically arranged at an angle of 360°/n on the electrode to reduce a bottleneck caused by charge accumulation,
A triboelectric power plant with a plurality of leader lines.
상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
The method of claim 13,
The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line,
A triboelectric generator with a plurality of leader lines.
상기 제 1 전극 상에 배치된 제 1 마찰 물질층;
상기 제 1 마찰 물질층 상에 접촉하도록 배치되며 제 2 전극 역할을 하는 제 2 마찰 물질층; 및
상기 제 1 마찰 물질층과 상기 제 2 마찰 물질층을 관통하는 회전축을 포함하고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 어느 하나 이상에는 n개의 인출선이 배치되며,
n은 2이상의 정수이고,
상기 제 2 마찰 물질층이 상기 제 1 마찰 물질층 상에서 상기 회전축을 중심으로 회전함에 따라 마찰 전기 에너지를 발생시키며,
상기 n개의 인출선은 상기 전극 상에서 360°/n의 각도로 대칭적으로 배치되어 전하 축적에 의한 병목 현상을 감소시키는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.
A first electrode;
A first friction material layer disposed on the first electrode;
A second friction material layer disposed to contact the first friction material layer and serving as a second electrode; And
And a rotation shaft penetrating the first friction material layer and the second friction material layer,
N number of lead lines are disposed on at least one of the first electrode and the second electrode,
n is an integer of 2 or more,
As the second friction material layer rotates about the rotation axis on the first friction material layer, triboelectric energy is generated,
The n lead lines are symmetrically arranged at an angle of 360°/n on the electrode to reduce a bottleneck caused by charge accumulation,
A triboelectric generator with a plurality of leader lines.
상기 n개의 인출선은 1개의 인출선을 이루도록 모두 연결되는 연결부를 포함하는,
복수개의 인출선을 포함한 마찰전기 발전소자.The method of claim 16,
The n number of leader lines includes a connecting portion that is all connected to form one leader line,
A triboelectric power plant with a plurality of leader lines.
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---|---|---|---|
KR1020190078523A KR102234650B1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Triboelectric generator comprising multiple lines |
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KR1020190078523A KR102234650B1 (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Triboelectric generator comprising multiple lines |
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KR (1) | KR102234650B1 (en) |
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Non-Patent Citations (1)
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Triboelectric Nanogenerator: A Foundation of the Energy for the New Era, Changsheng Wu, 외, Adv. Energy Mater. 2019 (2018.11.19.)* |
Also Published As
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KR20210002799A (en) | 2021-01-11 |
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