KR102312834B1 - 마찰대전 발전소자 - Google Patents

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박진형
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한국생산기술연구원
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N1/04—Friction generators

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Abstract

본 발명은 마찰대전 발전소자에 관한 것으로, 상기 마찰대전 발전소자는 제1 대전체와의 접촉과 분리에 의하여 전하를 생성하는 제2 대전체; 상기 제2 대전체에 삽입되는 전극; 및 상기 전극을 통해 이동하는 상기 전하를 외부로 인출하는 전극 단자를 포함한다.

Description

마찰대전 발전소자{Triboelectric generating device}
본 발명은 진동에 의한 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 고출력을 나타낼 수 있는 마찰대전 발전소자에 관한 것이다.
마찰대전 발전소자는 기존의 태양광 발전, 풍력 발전 등과 같은 친환경 에너지와는 달리, 주변에 존재하는 미세진동이나 인간의 움직임으로부터 발생된 소모성의 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 새로운 개념의 친환경 에너지 발전소자라 할 수 있다.
구체적으로 마찰대전 발전소자는 외부의 압력 또는 진동을 통해 서로 다른 유전체 간의 마찰, 또는 유전체와 금속 간의 마찰을 발생시키고, 발생된 마찰에 의해 유도된 전위차로부터 전기를 발생시키는 것으로, 압전 발전소자에 비해 약 10 내지 100 배의 출력을 제공할 수 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 마찰대전 발전소자의 출력은 마찰대전을 일으키는 재료의 특성(일함수, 이온화 경향, 화학적 포텐셜 등), 재료의 조성 및 구조 등에 의해 결정될 수 있다. 그런데 종래의 마찰대전 발전소자는 마찰을 통해 유도 전기를 생산함에 있어서, 재료가 갖는 대전 특성의 한계로 인해 보다 높은 출력을 나타내지 못하고 있다. 또한 재료의 유연성이 떨어져 마찰대전 발전소자의 응용성이 폭넓지 못하고, 내구성도 요구되는 수준으로 나타내지 못하고 있다.
이에 따라 고출력을 나타내면서 유연성이 우수하여 다양한 분야에 응용될 수 있는 마찰대전 발전소자가 요구되고 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1598592호
본 발명은 전하를 효율적으로 집속시킬 수 있는 전극을 도입하고 전극과 전극 단자 간의 결합 관계를 개선함으로써. 고출력을 나타낼 수 있는 마찰대전 발전소자를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제1 대전체와의 접촉과 분리에 의하여 전하를 생성하는 제2 대전체; 상기 제2 대전체에 삽입되는 전극; 및 상기 전극을 통해 이동하는 상기 전하를 외부로 인출하는 전극 단자를 포함하고, 상기 전극의 일부 영역과 상기 전극 단자의 일부 영역이 점접촉하는 것인 마찰대전 발전소자를 제공한다.
상기 전극은 상기 제2 대전체 내부에 분산되는 복수의 단위 전극체를 포함하고, 상기 단위 전극체는 몸체부 및 상기 몸체부에 구비되는 돌기부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 전극 단자의 일부 영역과 점접촉하는 상기 전극의 일부 영역은 상기 돌기부일 수 있다.
상기 전하는 상기 돌기부에 집속(集束)되는 것일 수 있다.
상기 몸체부는 탄성을 갖는 것일 수 있다.
상기 몸체부는 직선형, 곡선형, 나선형 및 지그재그형으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형상을 가질 수 있다.
상기 몸체부는 나선형이며, 상기 돌기부는 나선형 몸체부의 중심축을 향해 구비될 수 있다.
상기 돌기부는 침상형, 원뿔형, 다각뿔형 및 톱니형으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형상을 가질 수 있다.
상기 돌기부의 밀도는 상기 몸체부 단위길이 1mm 당 1000 개 이하이고, 상기 돌기부의 선단 각도는 90 ° 미만일 수 있다.
상기 제2 대전체는 음전하를 생성하는 음대전체이고, 상기 음대전체는 캘빈 프로브 포스 마이크로스코피로 측정한 표면 포텐셜이 -100 mV 이하를 나타내는 유기 고분자 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 마찰대전 발전소자는 전극의 어느 일부 영역과 전극 단자의 어느 일부 영역이 점접촉으로 결합(연결)되어 있어 전극에 집속된 전하가 전극 단자를 향해 높은 저항값으로 방전(미세방전 유도)되기 때문에 고출력을 나타낼 수 있다.
또한 본 발명에 따른 마찰대전 발전소자는 전극이 삽입되는 제2 대전체가 유연성을 가지며, 전극이 삽입된 제2 대전체의 크기를 마찰대전 발전소자의 응용 분야에 따라 용이하게 조절할 수 있기 때문에 우수한 응용성 및 경제성 등을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자에 포함되는 단위 전극체를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자에 포함되는 단위 전극체를 이루는 몸체부와 돌기부를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자의 작동원리를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6 내지 도 9은 본 발명의 실험예들을 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 마찰대전 발전소자는 전하를 효율적으로 집속시킬 수 있는 구조를 갖는 전극을 포함하고, 상기 전극에 집속된 전하가 높은 저항값을 갖는 상태로 방전될 수 있도록 전극과 전극 단자가 점접촉 결합(연결)된 것으로, 이에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자는 제2 대전체(10), 전극(20) 및 전극 단자(30)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자에 포함되는 제2 대전체(10)는 제1 대전체(40)와의 접촉과 분리에 의하여 전하를 생성하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제2 대전체(10)는 양전하(+)를 생성하는 양대전체이거나 음전하(-)를 생성하는 음대전체일 수 있다.
여기서 상기 제2 대전체(10)는 음전하를 생성하는 음대전체일 수 있다. 이러한 음대전체는 실리콘 러버, 폴리실록산, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리테트라플루오르에틸렌 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 대전체(10)는 음대전체일 수 있고, 이때, 음대전체는 캘빈 프로브 포스 마이크로스코피(kelvin probe force microscopy)로 측정한 표면 포텐셜이 -100 mV 이하(구체적으로, -300 내지 -1000 mV, 또는 -800 내지 -900 mV)를 나타내는 유기 고분자 화합물(폴리실록산계 화합물)을 포함할 수 있다. 상기 표면 포텐셜은 상온(20±5 ℃) 및 50% 상대습도 조건 하에 측정된 값일 수 있다. 이와 같이 제2 대전체(10)가 -100 mV 이하의 표면 포텐셜을 나타내는 유기 고분자 화합물을 포함할 경우, 음전하를 다량으로 생성할 수 있게 되어 고출력을 나타내는 마찰대전 발전소자를 제공할 수 있다. 또한 유기 고분자 화합물로 인해 제2 대전체(10)에 유연성이 부여되어 응용성 및 가공성이 향상된 마찰대전 발전소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자에 포함되는 전극(20)은 제2 대전체(10)에 삽입되는 것으로, 제2 대전체(10)에서 생성된 전하를 일시적으로 저장하고, 저장된 전하를 전극 단자(30)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 이러한 전극(20)은 단위면적 당 높은 표면적을 가질 수 있도록 제2 대전체(10) 내부에 분산되는 복수의 단위 전극체(21)를 포함할 수 있는데, 이에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 복수의 단위 전극체(21) 각각은 몸체부(21a) 및 돌기부(21b)를 포함할 수 있다.
상기 단위 전극체(21)에 포함되는 몸체부(21a)는 제2 대전체(10)에서 생성된 전하를 일시적으로 저장하는 역할과 함께, 전극 단자(30)와의 접촉을 통해 전극 단자(30)에 전하를 공급하는 역할을 할 수 있다. 이러한 몸체부(21a)는 탄성을 가질 수 있다. 상기 몸체부(21a)가 탄성을 가질 경우, 제2 대전체(10) 및 전극(20)이 외부의 힘에 의해 변형되더라도 이에 대응하여 가변(可變)할 수 있으며, 이로 인해 응용성(유용성) 및 내구성이 향상된 마찰대전 발전소자를 제공할 수 있다.
이러한 몸체부(21a)의 형상은 도 2에 한정하지 않고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 구체적으로 몸체부(21a)는 도 3과 같이 직선형, 곡선형, 나선형 및 지그재그형으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로 몸체부(21a)의 형상은 나선형일 수 있다. 상기 몸체부(21a)가 나선형일 경우, 높은 탄성을 나타내면서 전극(20)이 단위면적 당 보다 높은 표면적을 가질 수 있다.
상기 단위 전극체(21)에 포함되는 돌기부(21b)는 제2 대전체(10)에서 생성된 전하를 집속(集束)시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 제2 대전체(10)에서 생성된 전하가 단위 전극체(21)의 몸체부(21a)로 이동하고, 이동한 전하(전부 또는 일부)가 단위 전극체(21)의 돌기부(21b)로 집속(구체적으로 돌기부(21b)의 선단에 집속됨)되는 것이다. 이때 돌기부(21b)에 집속된 전하는 돌기부(21b)와 전극 단자(30)의 접촉을 통해 전극 단자(30)로 공급될 수 있다. 이러한 돌기부(21b)는 전극 단자(30)의 일부 영역과 점접촉할 경우, 미세방전이 일어나 전하의 출력이 증폭하게 되는데, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
상기 돌기부(21b)의 형상은 도 2에 한정하지 않고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 구체적으로 돌기부(21b)는 도 4와 같이 직선형, 침상(針狀)형(예를 들어, 삼각형, 가시형, 바늘형 등), 원뿔형, 다각뿔형 및 톱니형으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 형상을 가질 수 있다.
여기서 몸체부(21a)가 나선형일 경우, 돌기부(21b)는 나선형 몸체부의 중심축(X)을 향해 구비될 수 있다. 돌기부(21b)가 나선형 몸체부의 중심축(X)을 향해 구비될 경우, 전극 단자(30)와의 접촉이 안정적으로 이루어질 수 있고 전하의 집속 효율이 높아져 전하 출력이 보다 증폭됨에 따라 고출력을 나타내는 마찰대전 발전소자를 제공할 수 있다.
이러한 돌기부(21b)의 밀도는 몸체부(21a) 단위길이 1mm 당 1000 개 이하, 구체적으로는 1 내지 500 개, 또는 10 내지 100 개일 수 있다. 또한 돌기부의 선단(先端) 각도(θ)는 90 ° 미만, 구체적으로는 1 내지 60 °, 또는 1 내지 30 °일 수 있다. 상기 돌기부(21b)의 밀도와 선단 각도(θ)가 각각 상기 범위 내일 경우, 전하의 집속 효율이 높아져 전하 출력이 보다 증폭됨에 따라 고출력을 나타내는 마찰대전 발전소자를 제공할 수 있다.
상기 몸체부(21a)와 돌기부(21b)를 포함하는 단위 전극체(21)는 전하의 저장 및 이동이 가능한 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로 단위 전극체는 알루미늄(Al), 은(Ag), 철(Fe), 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자에 포함되는 전극 단자(30)는 전극(20)을 통해 이동하는 전하를 외부로 인출하는 역할을 할 수 있다. 이러한 전극 단자(30)는 통상적으로 공지된 전선 형태일 수 있다. 상기 전극 단자(30)는 외부 회로 또는 에너지 저장소자와 결합(연결)되어 있어, 전극(20)에서 전극 단자(30)로 이동한 전하를 상기 외부 회로 또는 상기 에너지 저장소자에 공급할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자는 전극(20)의 일부 영역과 전극 단자(30)의 일부 영역이 점접촉(point-contact)하는 것으로, 이로 인해 고출력을 나타내는 마찰대전 발전소자를 제공할 수 있다. 즉, 제2 대전체(10)에서 생성된 전하는 전극(20) 및 전극 단자(30)를 통해 외부로 출력되는데, 이때, 전극(20)의 일부 영역과 전극 단자(30)의 일부 영역이 점접촉함에 따라 전극(20)에 저장된 전하가 점접촉하고 있는 전극 단자(30)의 일부 영역으로 출력되는 과정에서 미세방전이 일어나(전하가 높은 저항값으로 방전됨) 전하 출력이 증폭되어 고출력을 나타내는 마찰대전 발전소자를 제공할 수 있는 것이다. 이때 상기 점접촉이란 전극(20)의 일부 영역과 전극 단자(30)의 일부 영역이 서로 접촉하여 접촉한 영역이 점(point)을 이루는 것으로 정의할 수 있다. 또한 상기 점접촉의 범위에는 전극(20)의 일부 영역과 전극 단자(30)의 일부 영역이 점접촉 직전까지 근접해 있는 상태(예를 들어, 전극(20)과 전극 단자(30)의 이격 거리가 100 내지 3000 ㎛인 상태)도 포함될 수 있다.
여기서 상기 전극(20)의 일부 영역은 단위 전극체(21)에 포함되는 돌기부(21b)일 수 있고, 상기 전극 단자(30)의 일부 영역은 전극 단자(30)의 표면일 수 있다. 상기 전극(20)의 일부 영역이 단위 전극체(21)에 포함되는 돌기부(21b)일 경우, 전하 출력이 보다 증폭되어 마찰대전 발전소자의 출력을 높일 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자에 포함되는 제2 대전체(10)와 접촉 및 분리가 이루어지는 제1 대전체(40)는 양전하(+)를 생성하는 양대전체이거나 음전하(-)를 생성하는 음대전체일 수 있다. 구체적으로 제1 대전체(40)는 양전하를 생성하는 양대전체일 수 있다. 여기서 상기 양대전체는 양전하를 생성하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로 양대전체는 울(wool), 실크(silk), 미카(mica), 나일론(nylon), 러버(rubber), 종이(paper), 유리(glass), 퍼(fur), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자는 도 5와 같은 과정으로 전하의 출력이 이루어질 수 있다. 즉, 제2 대전체(10)에 삽입된 전극(20) 및 상기 전극(20)과 접점촉 결합된 전극 단자(30)를 포함하는 마찰대전 발전소자(도 5의 (a) 참조)에서, 제1 대전체(40)와 제2 대전체(10)가 서로 접촉하면(도 5의 (b) 참조), 제1 대전체(40)와 제2 대전체(10)의 마찰에 의한 양전하와 음전하의 생성 및 이동이 이루어질 수 있다. 이후, 제1 대전체(40)와 제2 대전체(10)가 분리되면 제2 대전체(10)에 생성된 전하(음전하)는 전극(20)을 통해 이동하여 전극 단자(30)로 공급되고, 전극 단자(30)로 공급된 전하는 외부의 회로 또는 에너지 저장소자로 이동할 수 있다. 여기서 전극(20)을 이루는 단위 전극체(21)에 포함되는 돌기부(21b)가 전극 단자(30)의 일부 영역과 점접촉이 이루어지고, 몸체부(21a)에서 돌기부(21b)로 이동한 전하는 돌기부(21b)에 집속된 상태에서 전극 단자(30)로 이동하게 되는데 이때, 전하의 이동 과정에서 미세방전이 일어남에 따라(전하 이동 시 저항값이 높아짐에 따라) 출력 증폭이 일어나 마찰대전 발전소자는 고출력을 나타낼 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰대전 발전소자는 고출력 및 유연성을 가지면서 그 크기를 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 다양한 분야(예를 들어, 웨어러블 기기, 스마트 전자기기, 자동차, 센서 등)에 효율적으로 응용될 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[준비예 1 내지 4]
도 2와 같은 나선형 몸체부에 침상형 돌기부가 구비된 알루미늄(Al) 단위 전극체를 하기 표 1과 같이 준비하였다.
구분 나선형 몸체부의 높이(H) 침상형 돌기부의 밀도
(나선형 몸체부 단위 길이 1㎜ 당 개수)		 침상형 돌기부의 선단 각도(θ)
준비예 1 1 ㎜ 100 10°
준비예 2 2 ㎜ 80 20°
준비예 3 4 ㎜ 50 40°
준비예 4 6 ㎜ 20 60°
[실험예 1]
준비예 1 내지 4에 따른 각 알루미늄 단위 전극체와 전극 단자 와이어(Cu wire)를 1000 ㎛ 거리로 이격시킨 상태에서 COMSOL simulation하여 전기장을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 전기장
준비예 1 4.11×106 V/m
준비예 2 3.46×106 V/m
준비예 3 3.02×106 V/m
준비예 4 2.89×106 V/m
상기 표 2를 참조하면, 돌기부의 선단 각도가 작을수록 전기장 측정치가 높아지는 것을 확인할 수 있다.
[실시예 1 내지 4]
준비예 1 내지 4의 알루미늄 단위 전극체 각각을 투명 용기에 복수로 투입하고, 폴리실록산계 화합물 용액(Smooth-On, Inc.)을 첨가한 후 상온에서 2 시간 동안 건조시켜 복수의 알루미늄 단위 전극체로 이루어진 전극(음전극, 총 중량: 0.2 g)이 제2 대전체(음대전체, 총 중량: 11 g)에 분산된 구조를 갖는 전극 구조체(전극:제2 대전체의 함량 비율 = 1:55 중량비)를 각각 제조하였다. 이때, 각 제조된 전극 구조체를 이루는 제2 대전체(음대전체)를 캘빈 프로브 포스 마이크로스코피(Parks systems XE10)로 23 ℃ 및 50% 상대습도 조건 하에서 그 표면 포텐셜을 각각 측정한 결과, 표면 포텐셜의 평균값이 -815.514 mV로 확인되었다.
각각 제조된 전극 구조체의 제2 대전체(음대전체)에 전선형 전극 단자(Cu wire)를 삽입하여 전극(음전극)과 전극 단자가 점접촉하는 마찰대전 발전소자를 각각 제조하였다.
[비교예 1]
준비예 1의 알루미늄 단위 전극체 대신에 50mm×50mm×1mm 크기(가로×세로×높이)의 알루미늄 플레이트를 전극으로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 마찰대전 발전소자(전극과 전극 단자가 면접촉하게 됨)를 제조하였다.
[실험예 2]
실시예 1과 비교예 1의 마찰대전 발전소자를 각각 pushing tester에 놓고 5kgf의 힘을 가해 마찰 대전을 일으키면서 LCR((Inductance, L), (Capacitance, C), (Resistance, R)) 미터로 전하량을 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 이때, 제1 대전체(양대전체)로는 니트릴 러버를 적용하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 마찰대전 발전소자에 해당하는 실시예 1은 전하(Charge)의 변동 폭이 비교예 1보다 큰 것을 확인할 수 있었다. 이러한 점은 본 발명의 마찰대전 발전소자의 출력 특성(전류합상량 높음)이 우수하다는 것을 뒷받침하는 것으로 볼 수 있다.
[실험예 3]
실시에 1과 비교예 1의 마찰대전 발전소자를 각각 pushing tester에 놓고 5kgf의 힘을 가해 마찰 대전을 일으키면서 output 단자에 triboelectric output boost adaptor((주)ATSOLUTION의 TENG EHA01)를 적용하여 출력 특성을 측정하였으며, 그 결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다. 이때, 제1 대전체(양대전체)로는 니트릴 러버를 적용하였다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 마찰대전 발전소자에 해당하는 실시예 1은 전압 및 전류의 측정 폭이 높으며, 미세방전이 일어남에 따라 전압 및 전류 측정 피크가 연속적이지 않고 독립된 선형(구체적으로, Time이 0.00 내지 0.15 sec인 경우 참조)으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 한편 도 8을 참조하면, 비교예 1은 전압 및 전류의 측정 폭이 낮으며, 전압 및 전류 측정 피크가 연속적으로 이어져 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 점은 본 발명의 마찰대전 발전소자에서 미세방전이 일어나며, 이로 인해 출력 특성이 우수하다는 것을 뒷받침하는 것으로 볼 수 있다.
[실험예 4]
실시예 1과 비교예 1의 마찰대전 발전소자를 만능압축인장시험기(JSV-H1000)로 1% 반복 인장시험을 진행하여 마찰대전 발전소자의 내구성(durability)을 평가하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 마찰대전 발전소자에 해당하는 실시예 1은 사이클이 증가하더라도 저항 변화가 없는 반면에, 비교예 1은 200 회 이후 저항 변화가 급격히 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 점은 본 발명의 마찰대전 발전소자의 내구성이 우수하다는 것을 뒷받침하는 것으로 볼 수 있다.
10: 제2 대전체
20: 전극
21: 전극 단위체
21a: 몸체부 21b: 돌기부
30: 전극 단자
40: 제1 대전체

Claims (10)

  1. 제1 대전체와의 접촉과 분리에 의하여 전하를 생성하는 제2 대전체;
    상기 제2 대전체에 삽입되는 전극; 및
    상기 전극을 통해 이동하는 상기 전하를 외부로 인출하는 전극 단자를 포함하고,
    상기 전극은 상기 제2 대전체 내부에 분산되는 복수의 단위 전극체를 포함하고,
    상기 단위 전극체는 몸체부 및 상기 몸체부에 구비되는 돌기부를 포함하며,
    상기 몸체부는 나선형이고,
    상기 돌기부는 나선형 몸체부의 중심축을 향해 구비되며,
    상기 돌기부와 상기 전극 단자의 일부 영역이 점접촉하는 것인 마찰대전 발전소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전하는 상기 돌기부에 집속되는 것인 마찰대전 발전소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부는 탄성을 갖는 것인 마찰대전 발전소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌기부는 침상형, 원뿔형, 다각뿔형 및 톱니형으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 형상을 갖는 것인 마찰대전 발전소자.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌기부의 밀도는 상기 몸체부 단위길이 1mm 당 1000 개 이하이고,
    상기 돌기부의 선단 각도는 90 ° 미만인 것인 마찰대전 발전소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 대전체는 음전하를 생성하는 음대전체이고,
    상기 음대전체는 캘빈 프로브 포스 마이크로스코피로 측정한 표면 포텐셜이 -100 mV 이하를 나타내는 유기 고분자 화합물을 포함하는 것인 마찰대전 발전소자.
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