KR20180134304A - Electric energy charging system and Electric energy charging method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 에너지의 충전 시스템 및 전기 에너지의 충전 방법에 관한 것으로서, 전극 섬유가 사용된 전기 에너지의 충전 시스템 및 전기 에너지의 충전 방법에 관련된 것이다. BACKGROUND OF THE
1990년대부터 개발되기 시작한 웨어러블 디바이스(wearable device)는 2000년대에 들어와서 본격적인 형태를 갖추면서 발전하였으며, IT 분야의 고부가가치 추세에 따라 그 개발속도가 점점 가속화될 것으로 전망된다.Wearable devices, which have been developed since the 1990s, have developed in the 2000s with full-fledged form, and the development speed is expected to accelerate with the high value-added trend in the IT field.
현재 웨어러블 디바이스라 하면 악세사리 형태의 스마트 워치나 구글글라스와 같이 신체에 부착 가능한 악세사리형 기기들을 가리키고 있다. 그러나 기술의 개발이 진행되면서, 웨어러블 디바이스의 형태가 악세사리형에서 의류와 일체화된 의류형 웨어러블 디바이스, 즉 스마트 의류로 개발될 것이라 전망하고 있다. 이는 유연성을 쉽게 부여할 수 있으며, 가공이 쉽고 소형화가 가능하며, 결정적으로 사람이 항시 착용하고 있는 의류에 스마트 기능을 부여함으로써 악세사리형과 같이 따로 착용하는 불편함을 줄이고, 인체에 더욱 밀착하여 스마트 기능을 쉽게 사용 및 발현할 수 있기 때문이다.Currently, wearable devices refer to accessories that can be attached to the body, such as accessory smart watches or Google glasses. However, as the development of the technology progresses, it is expected that the wearable device will be developed as a clothing-type wearable device, that is, smart clothing integrated with clothes in an accessory type. It can easily give flexibility, can be easily processed and can be miniaturized, and it is possible to reduce the inconvenience to wear separately like an accessory type by giving a smart function to garments that are constantly worn by a person, Functions can be easily used and manifested.
이러한 의류형 웨어러블 스마트 디바이스를 구현하기 위해서는 필수적으로 전극 역할을 수행할 수 있는 섬유 형태의 전도성 섬유가 필요하다. 이러한 전도성 섬유는 의류 형태로 사용하기 위해 마찰강도, 굽힘강도와 같은 기계적 물성, 신체 적합성, 본래 목적인 전자적 특성뿐만 아니라 세탁성 등 다양한 요구조건을 모두 만족시켜야 한다. 이에 따라, 전극 섬유에 대한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있다. In order to implement such a wearable smart device, a fiber type conductive fiber capable of serving as an electrode is required. Such conductive fibers must satisfy various requirements such as mechanical properties such as friction strength, bending strength, body suitability, and electronic properties as well as washing properties for use in a garment form. Accordingly, various techniques for electrode fibers have been researched and developed.
예를 들어, 대한민국 특허 공개번호 10-2018-0013549(출원번호: 10-2016-0097408, 출원인: 고려대학교 산학협력단)에는, 탄소섬유 가닥들이 머리 땋기 형식으로 꼬여서 와이어 형태로 제조된 탄소섬유전극, 이를 포함하는 와이어 형태의 수퍼커패시터, 및 상기 수퍼커패시터를 포함하는 NO2 센서 및 자외선 센서에 관한 것이다. 이 밖에도, 전극 섬유에 대한 다양한 기술들이 지속적으로 연구 개발되고 있다. For example, Korean Patent Publication No. 10-2018-0013549 (Application No. 10-2016-0097408, Applicant: Korea University Industry-Academic Collaboration Foundation) discloses a carbon fiber electrode in which carbon fiber strands are twisted in a braided form, A wire-type supercapacitor including the same, and a NO 2 sensor and an ultraviolet sensor including the supercapacitor. In addition, various techniques for electrode fibers are being continuously developed and researched.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 스스로 전기 에너지를 생성하는 전기 에너지의 충전 시스템 및 전기 에너지의 충전 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a charging system of electric energy for generating electric energy by itself and a charging method of electric energy.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 자가 전위차가 소멸된 후 스스로 재생성되는 전기 에너지의 충전 시스템 및 전기 에너지의 충전 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a charging system of electric energy and a charging method of electric energy which are self-regenerated after the self-potential difference disappears.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 반영구적으로 전기 에너지를 스스로 생성하고 저장할 수 있는 전기 에너지의 충전 시스템 및 전기 에너지의 충전 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a charging system of electric energy and a charging method of electric energy which can generate and store electric energy by itself.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 전기 에너지의 충전 시스템을 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a charging system of electrical energy.
일 실시 예에 따르면, 상기 전기 에너지의 충전 시스템은 제1 전극 섬유, 상기 제1 전극 섬유보다 꼬임수가 적은 제2 전극 섬유, 및 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유를 둘러싸는 전해질을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the electrical energy charging system includes a first electrode fiber, a second electrode fiber having a smaller twist than the first electrode fiber, and an electrolyte surrounding the first electrode fiber and the second electrode fiber can do.
일 실시 예에 따르면, 상기 전기 에너지의 충전 시스템은 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에 자가 전위차 (self-potential difference)가 생성되고, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차를 이용하여, 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the charging system of electrical energy generates a self-potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber, and between the first electrode fiber and the second electrode fiber, And an energy storage unit for storing electric energy using the self-potential difference of the electric potential difference.
일 실시 예에 따르면, 상기 전기 에너지의 충전 시스템은 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 꼬임수 차이가 증가함에 따라, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차가 증가하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the charging system of electrical energy is arranged such that as the number of twists of the first electrode fiber and the second electrode fiber increases, the self-potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber May be increased.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유는, 일 방향으로 배열된 탄소나노튜브들을 포함하고, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 중에서, 적어도 상기 제1 전극 섬유는, 상기 일 방향으로 배열된 탄소나노튜브들이 꼬인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first electrode fiber and the second electrode fiber include carbon nanotubes arranged in one direction, and at least the first electrode fiber and the second electrode fiber among the first electrode fiber and the second electrode fiber, The carbon nanotubes arranged in one direction may be twisted.
일 실시 예에 따르면, 상기 전해질은, 액체 전해질 또는 고체 전해질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the electrolyte may include at least one of a liquid electrolyte and a solid electrolyte.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유는 서로 꼬인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the first electrode fiber and the second electrode fiber may be twisted together.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 중에서 적어도 어느 하나는 고분자로 코팅된 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, at least one of the first electrode fiber and the second electrode fiber may be coated with a polymer.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극 섬유는, 각각 전극 시트(sheet)가 꼬인(twist) 것을 포함하고, 상기 꼬임수는, 상기 전극 시트(sheet)에 가해진 꼬임(twist) 횟수를 나타내는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the first and second electrode fibers each include an electrode sheet twisted, and the number of twists is determined by the number of times twist applied to the electrode sheet ≪ / RTI >
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유, 제2 전극 섬유, 및 전해질은 하나의 유닛 모듈(unit module)을 이루고, 제1 내지 제3 유닛 모듈들이 직렬 연결되되, 상기 제1 유닛 모듈의 제2 전극 섬유 및 상기 제2 유닛 모듈의 제1 전극 섬유가 연결되고, 상기 제2 유닛 모듈의 제2 전극 섬유 및 상기 제3 유닛 모듈의 제1 전극 섬유가 연결되는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first electrode fiber, the second electrode fiber, and the electrolyte may form one unit module, the first through third unit modules may be connected in series, Two-electrode fibers and first electrode fibers of the second unit module are connected, and the second electrode fibers of the second unit module and the first electrode fibers of the third unit module are connected.
다른 실시 예에 따르면, 상기 전기 에너지 충전 시스템은, 제1 비금속(non-metal) 섬유, 상기 제1 비금속 섬유와 이격된 제2 비금속 섬유, 상기 제1 비금속 섬유 및 상기 제2 비금속 섬유를 둘러싸는 전해질을 포함하되, 상기 제1 비금속 섬유 및 상기 제2 비금속 섬유 사이에, 일정한 값의 자가 전위차(self-potential difference)가 제공되는 것을 포함할 수 있다. According to another embodiment, the electrical energy charging system comprises a first non-metal fiber, a second non-metallic fiber spaced apart from the first non-metallic fiber, a first non-metallic fiber, and a second non- And an electrolyte, wherein a constant value of self-potential difference is provided between the first non-metallic fiber and the second non-metallic fiber.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 전기 에너지의 충전 방법을 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a charging method of electrical energy.
일 실시 예에 따르면, 상기 전기 에너지의 충전 방법은, 제1 전극 섬유 및 상기 제1 전극 섬유보다 꼬임수가 적은 제2 전극 섬유 사이에, 자가 전위차가 생성되는 단계, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차를 이용하여, 에너지 저장부에 전기 에너지가 저장되어, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차가 소멸 되는 단계, 및 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the method for filling electric energy includes the steps of generating a self-potential difference between a first electrode fiber and a second electrode fiber having a smaller twist than the first electrode fiber, Using the self potential difference between two-electrode fibers, electric energy is stored in the energy storage unit, whereby the self-potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber disappears, And the self potential difference is regenerated between the second electrode fibers.
일 실시 예에 따르면, 상기 자가 전위차가 생성되는 단계는, 생성된 상기 자가 전위차에 의하여 제1 전압이 생성되고, 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계는, 재생성된 상기 자가 전위차에 의하여 제2 전압이 생성되며, 상기 제1 전압의 크기 및 상기 제2 전압의 크기는 같은 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the step of generating the self-potential difference may include generating the first voltage by the generated self-potential difference, and regenerating the self-potential difference may include generating the second voltage by the regenerated self- And the magnitude of the first voltage and the magnitude of the second voltage may be the same.
일 실시 예에 따르면, 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계는, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에 충전 전류가 흐르도록, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유가 전기적으로 연결되는 단계, 및 상기 충전 전류를 이용하여, 상기 에너지 저장부에 전기 에너지가 저장되는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the self-potential difference disappears when the first electrode fiber and the second electrode fiber are electrically connected to each other so that a charging current flows between the first electrode fiber and the second electrode fiber And storing the electrical energy in the energy storage unit using the charging current.
일 실시 예에 따르면, 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계, 및 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계는 유닛 공정(unit process)을 이루고, 상기 유닛 공정은 복수회 반복되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of the self-potential difference disappearing and the step of regenerating the self-potential difference may constitute a unit process, and the unit process may be repeated a plurality of times.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 제1 전극 섬유, 상기 제1 전극 섬유보다 꼬임수가 적은 제2 전극 섬유, 및 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유를 둘러싸는 전해질을 포함할 수 있다. An electric energy charging system according to an embodiment of the present invention includes a first electrode fiber, a second electrode fiber having less twist than the first electrode fiber, and an electrolyte surrounding the first electrode fiber and the second electrode fiber .
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에 자가 전위차가 생성될 수 있다. 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유가 전기적으로 연결되는 경우, 상기 자가 전위차에 의하여 충전 전류가 생성되고 상기 자가 전위차는 소멸될 수 있다. 이후, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 전기적으로 연결되지 않는 경우, 상기 자가 전위차는 재생성 될 수 있다. 이에 따라, 외부의 에너지 공급 없이 스스로 에너지를 생성하여 충전할 수 있는 전기 에너지의 충전 시스템이 제공될 수 있다. A self-potential difference may be generated between the first electrode fiber and the second electrode fiber. When the first electrode fiber and the second electrode fiber are electrically connected to each other, a charge current is generated by the self-potential difference, and the self-potential difference may be eliminated. Thereafter, when the
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 포함하는 제1 전극 섬유를 제조하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 포함하는 제2 전극 섬유를 제조하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 변형 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 변형 예에 따른 전기 에너지 충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8 도 9는 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 자기 충전 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 CV 커브를 나타내는 도면이다.
도 12는 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지 충전 시스템에 직접 전류를 가해 측정된 전하량과 변화된 전압 값을 통해 계산된 전하량을 비교하기 위한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 다른 전해질 환경에서 충방전되는 경우를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 다양한 전해질 환경에서 충방전 특성을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 전해질의 농도에 따른 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 전해질의 온도에 따른 특성을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 CNT 섬유의 꼬임수에 따른 특성을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 CNT 섬유의 꼬임수에 따른 전기적 특성을 비교한 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 자기 충전 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지 충전 시스템의 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지 충전 시스템의 성능을 확인하는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 다양한 전해질 환경에서 갖는 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 촬영한 사진이다.
도 24는 본 발명의 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 자기 충전 특성을 나타내는 그래프이다.
도 25는 본 발명의 실시 예 4에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 26은 본 발명의 실시 예 5 내지 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 27은 본 발명의 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 충방전 특성을 나타내는 그래프이다. 1 is a view showing a charging system of electric energy according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a process of manufacturing a first electrode fiber included in a charging system of electric energy according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 is a view illustrating a process of manufacturing a second electrode fiber included in a charging system of electrical energy according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a charging system of electric energy according to a second embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a charging system of electric energy according to a modification of the present invention.
6 is a view for explaining an electric energy charging system according to another modification of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of charging electric energy according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing self-charging characteristics of a charging system of electric energy according to
10 is a graph showing lifetime characteristics of a charging system of electric energy according to
11 is a view showing a CV curve of the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph for comparing the amount of charge measured by applying a direct current to the electric energy charging system according to the first embodiment and the amount of charge calculated through the changed voltage value.
13 is a graph showing a case where the charging system of electric energy according to the first embodiment of the present invention is charged and discharged in another electrolyte environment.
FIG. 14 is a graph showing charging / discharging characteristics in various electrolyte environments according to the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention. FIG.
15 is a graph showing the characteristics of the electrolyte used in the charging system of electric energy according to the concentration of the electrolyte according to the first embodiment of the present invention.
16 is a graph showing characteristics of an electrolyte used in a charging system for electric energy according to the first embodiment of the present invention, according to temperature.
17 is a graph showing characteristics according to the twist number of the CNT fiber used in the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention.
18 is a graph comparing electric characteristics according to the twist number of the CNT fiber used in the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention.
19 is a graph showing magnetic charging characteristics of a charging system of electric energy according to
20 is a graph showing the stability of the electric energy charging system according to the second embodiment of the present invention.
21 is a graph for confirming the performance of the electric energy charging system according to the second embodiment of the present invention.
22 is a graph showing electrical characteristics of a charging system of electric energy according to
23 is a photograph of a charging system for electrical energy according to the third embodiment of the present invention.
24 is a graph showing self-charging characteristics of a charging system of electric energy according to
25 is a graph showing charge / discharge characteristics of an electric energy charging system according to the fourth embodiment of the present invention.
26 is a graph showing the characteristics of the electric energy charging system according to the fifth to seventh embodiments of the present invention.
27 is a graph showing characteristics of a charging system of electric energy according to
28 is a graph showing charge / discharge characteristics of an electric energy charging system according to the eighth embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a charging system of electric energy according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 제1 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 제1 전극 섬유(100), 제2 전극 섬유(200), 전해질(300), 에너지 저장부(400), 및 스위치(410) 중 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다. Referring to FIG. 1, the electrical energy charging system according to the first embodiment includes a
상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)는 비금속 섬유(non-metal fiber)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)는 탄소나노튜브(carbonnano tube, CNT) 섬유일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)는 전극 시트(sheet)가 꼬인(twisted) 것일 수 있다. 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 탄소나노튜브 섬유인 경우, 탄소나노튜브 시트를 사용하여 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 제조되는 방법이 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된다. The
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 포함하는 제1 전극 섬유를 제조하는 공정을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 포함하는 제2 전극 섬유를 제조하는 공정을 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a view showing a process of manufacturing a first electrode fiber included in an electric energy charging system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a process for producing a two-electrode fiber.
도 2를 참조하면, 탄소나노튜브 시트(100s)가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소나노튜브 시트(100s)를 준비하는 단계는, 화학 기상 증착법으로 탄소나노튜브 숲(forest)을 제조하는 단계, 및 상기 탄소나노튜브 숲으로부터 상기 탄소나노튜브 시트를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, a carbon nanotube sheet 100s may be prepared. According to one embodiment, the step of preparing the carbon nanotube sheet 100s includes the steps of: preparing a carbon nanotube forest by a chemical vapor deposition (CVD) method, and preparing the carbon nanotube sheet 100s from the carbon nanotube forest .
일 실시 예에 따르면, 상기 탄소나노튜브 시트(100s)는 일 방향으로 연장하는 복수의 탄소나노튜브를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)일 수 있다. According to one embodiment, the carbon nanotube sheet 100s may include a plurality of carbon nanotubes extending in one direction. Also, according to one embodiment, the plurality of carbon nanotubes may be multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs).
상기 탄소나노튜브 시트(100s)는 꼬여서(twisted) 상기 제1 전극 섬유(100)가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극 섬유(100)는 일 방향으로 배열된 복수의 탄소나노튜브들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극 섬유(100)는 상기 일 방향으로 배열된 복수의 탄소나노튜브들이 꼬인 것을 포함할 수 있다.The carbon nanotube sheet 100s may be twisted to produce the
일 실시 예에 따르면, 상기 탄소나노튜브 시트(100s)의 일 단(B)이 고정된 상태에서 상기 탄소나노튜브 시트(100s)의 타 단(A)을 꼬으는 방법으로, 상기 제1 전극 섬유(100)가 제조될 수 있다. According to one embodiment, the other end (A) of the carbon nanotube sheet 100s is twisted while one end (B) of the carbon nanotube sheet 100s is fixed, (100) can be manufactured.
구체적으로, 상기 제1 전극 섬유(100)는 상기 탄소나노튜브 시트(100s)의 일 단(B)이 고정된 상태에서 상기 탄소나노튜브 시트(100s)의 타 단(A)에 무게추를 연결하고, 상기 탄소나노튜브 시트(100s)의 타 단(A)을 회전시키는 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 무게추에 의하여 상기 탄소나노튜브 시트는 약 25MPa의 압력이 가해질 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브 시트(100s)의 타 단(A)은 제1 방향(d1)으로 5600 turns/m로 꼬일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 방향은 시계 방향일 수 있다. Specifically, the
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100)는 복수의 상기 탄소나노튜브 시트(100s)를 적층(stacked)시킨 후, 적층된 상태의 상기 탄소나노튜브 시트(100s)를 꼬으는 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 40mm의 폭을 갖는 상기 탄소나노튜브 시트(100s) 3장을 적층시킨 후, 적층된 상태의 상기 탄소나노튜브 시트(100s)를 꼬아 70 μm의 직경을 갖는 상기 제1 전극 섬유(100)가 제조될 수 있다. According to one embodiment, the
도 3을 참조하면, 전극 섬유(105)가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전극 섬유(105)는, 복수의 상기 탄소나노튜브 시트(100s)가 적층된 상태에서, 적층된 상기 탄소나노튜브 시트(100s)를 꼬으는 방법으로 형성된 것일 수 있다. Referring to FIG. 3, an
상기 제2 전극 섬유(200)는 상기 전극 섬유(105)의 꼬임을 푸는 방법으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 섬유(105)의 일 단(A)이 상기 제1 방향으로 5600 turns/m로 꼬여 제조된 경우, 상기 전극 섬유(105)의 일 단(A)이 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 5600 turns/m로 다시 꼬일 수 있다. 이에 따라, 상기 전극 섬유(105)의 꼬임이 풀려, 상기 제2 전극 섬유(200)가 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 방향은 반시계 방향일 수 있다. The
결과적으로, 상기 제1 전극 섬유(100)는 상기 제2 전극 섬유(200)보다 꼬임수가 많을 수 있다. 즉, 상기 제1 전극 섬유(100)의 꼬임 정도는 상기 제2 전극 섬유(200)의 꼬임 정도보다 많을 수 있다. As a result, the
구체적으로, 상기 꼬임수는 상기 전극 시트에 가해진 꼬임(twist) 횟수를 나타낼 수 있다. 다시 말해, 전극 섬유에 꼬임수가 많다는 것은, 전극 섬유의 꼬임 정도가 많다는 것을 의미할 수 있다. 반면 전극 섬유에 꼬임수가 적다는 것은, 전극 섬유의 꼬임 정도가 낮다는 것을 의미할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 꼬임 횟수는 꼬임 정도(turns/m)와 비례하여 증가 또는 감소할 수 있다.Specifically, the number of twists may indicate the number of twists applied to the electrode sheet. In other words, a large number of twists in the electrode fibers may mean that the degree of twisting of the electrode fibers is large. On the other hand, the small number of twists in the electrode fibers may mean that the degree of twisting of the electrode fibers is low. According to one embodiment, the number of twists can be increased or decreased in proportion to the degree of turns / m.
상기 전해질(300)은 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)는 상기 전해질(300)에 침지될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전해질(300)은 액체 전해질 또는 고체 전해질 일 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질(300)은 해수, HCl, H2SO4, Na2SO4, 또는 KOH 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 전해질(300)은 산성, 염기성, 또는 중성 전해질 일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 전해질(300)은 organic electrolyte일 수 있다. The
일 실시 예에 따르면, 상기 전해질(300)의 농도는 0.01M 초과 1M 미만일 수 있다. 또한, 상기 전해질(300)의 온도는 30℃ 초과 45℃ 미만일 수 있다. 이 경우, 후술되는 에너지 저장부(400)에 자가 저장되는 전기 에너지의 양이 향상될 수 있다. According to one embodiment, the concentration of the
다시 도 1을 참조하면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)에 상기 전해질(300)이 제공되는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 자가 전위차(self-potential difference)가 생성될 수 있다. 1, when the
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 꼬임수 차이가 증가함에 따라, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 상기 자가 전위차가 증가될 수 있다. The
상기 자가 전위차는, 상기 제1 전극 섬유(100)에 상기 전해질(300)이 제공됨에 따라 생성되는 전위 및 상기 제2 전극 섬유(200)에 상기 전해질(300)이 제공됨에 따라 생성되는 전위의 차이일 수 있다. 상기 자가 전위차에 의하여 제1 전압이 형성될 수 있다. 즉, 상기 자가 전위차만큼의 크기를 갖는 전압이, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 형성될 수 있다. The self potential difference is a difference between a potential generated by the
이에 따라, 상기 제1 전극 섬유(100), 제2 전극 섬유(200), 및 상기 전해질(300)에 의하여 형성되는 제1 전하량은 아래의 <수학식 1>로 표현될 수 있다. Accordingly, the first charge amount formed by the
<수학식 1>&Quot; (1) "
Q1=C1V1 Q 1 = C 1 V 1
(Q1: 제1 전하량, C1: 제1 커패시턴스, V1: 제1 전압)(Q 1 : first charge amount, C 1 : first capacitance, V 1 : first voltage)
또한, 상기 제1 커패시턴스는 아래의 <수학식 2>로 표현될 수 있다. Also, the first capacitance may be expressed by Equation (2) below.
<수학식 2>&Quot; (2) "
C1=εA/dC 1 =? A / d
(C1: 제1 커패시턴스, ε: 전해질의 유전율, A: 제1 및 제2 전극 섬유가 이루는 단면적, d: 제1 및 제2 전극 섬유 사이의 거리)(C 1 : first capacitance,?: Dielectric constant of the electrolyte, A: cross-sectional area of the first and second electrode fibers, d: distance between the first and second electrode fibers)
계속해서, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 전기적으로 연결되는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 충전 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 충전 전류는 상기 자가 전위차에 의하여 형성되는 것일 수 있다. When the
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)는 전선 및 상기 스위치(410)의 작동으로 전기적으로 연결될 수 있다. According to an embodiment, the
상기 에너지 저장부(400)는 상기 충전 전류를 이용하여, 전기 에너지를 저장할 수 있다. 즉, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 전기적으로 연결되는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 충전 전류가 흐르게 되고, 상기 충전 전류를 이용하여, 상기 에너지 저장부(400)에 전기 에너지가 저장될 수 있다. The
상기 충전 전류를 이용하여, 상기 에너지 저장부(400)에 전기 에너지가 저장되는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 상기 자가 전위차가 소멸될 수 있다. When electric energy is stored in the
상기 자가 전위차가 소멸된 이후, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 전기적 연결을 해제하는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 자가 전위차가 재생성 될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 스위치(410)를 오픈(open)시키는 방법으로 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 전기적 연결이 해제될 수 있다. When the
상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 전기적 연결이 해제되는 경우, 재생성된 상기 자가 전위차에 의하여 제2 전압이 형성될 수 있다. 즉, 재생성된 상기 자가 전위차만큼의 크기를 갖는 전압이, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 형성될 수 있다. When the electrical connection between the
구체적으로, 상기 제1 전극 섬유(100), 제2 전극 섬유(200), 및 상기 전해질(300)에 의하여 형성되는 전하량은 일정할 수 있다. 이에 따라, 상기 자가 전위차가 소멸된 이후, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 연결이 해제된 경우, 상기 제1 전극 섬유(100), 상기 제2 전극 섬유(100), 및 상기 전해질(300)은 일정한 전하량의 생성을 위해, 자가 전위차를 재생성할 수 있다. Specifically, the amount of charge formed by the
상기 자가 전위차가 재생성 된 경우, 상기 제1 전극 섬유(100), 제2 전극 섬유(200), 및 상기 전해질(300)에 의하여 형성되는 제2 전하량은 아래의 <수학식 3>으로 표현될 수 있다. When the self-potential difference is regenerated, the second charge amount formed by the
<수학식 3>&Quot; (3) "
Q2=C2V2 Q 2 = C 2 V 2
(Q2: 제2 전하량, C2: 제2 커패시턴스, V2: 제2 전압)(Q 2 : second charge amount, C 2 : second capacitance, V 2 : second voltage)
또한, 상기 제2 커패시턴스는 아래의 <수학식 4>로 표현될 수 있다. Also, the second capacitance may be expressed by Equation (4) below.
<수학식 4>&Quot; (4) "
C2=εA/dC 2 =? A / d
(C2: 제2 커패시턴스, ε: 전해질의 유전율, A: 제1 및 제2 전극 섬유가 이루는 단면적, d: 제1 및 제2 전극 섬유 사이의 거리)(C 2 : second capacitance,?: Dielectric constant of the electrolyte, A: cross-sectional area of the first and second electrode fibers, d: distance between the first and second electrode fibers)
상술된 바와 같이, 상기 제1 전극 섬유(100), 제2 전극 섬유(200), 및 상기 전해질(300)에 의하여 형성되는 전하량은 일정할 수 있다. 즉, 상기 제1 전하량(Q1) 및 상기 제2 전하량(Q2)은 서로 같을 수 있다. 또한, 상기 전해질(300)의 유전율, 상기 제1 및 제2 전극 섬유(100, 200)가 중첩되는 단면적(A), 및 상기 제1 및 제2 전극 섬유(100, 200) 사이의 거리(d)는 일정함에 따라, 상기 제1 커패시턴스(C1) 및 상기 제2 커패시턴스(C2) 역시 같을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전압(V1) 및 상기 제2 전압(V2)의 크기는 같을 수 있다.As described above, the amount of charge formed by the
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)는, 전기적으로 연결되었다가 해제되는 과정이 반복 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에, 상기 자가 전위차가 반복해서 생성 및 재생성 될 수 있다. 상기 에너지 저장부(400)는 반복해서 생성 및 재생성되는 상기 자가 전위차를 이용하여 반영구적으로 전기 에너지를 저장할 수 있다. 결과적으로, 외부의 개입 없이 스스로 에너지를 생성하고 저장할 수 있는 자가 충전 시스템이 제공될 수 있다. According to an embodiment, the
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 나타내는 도면이다. 4 is a view showing a charging system of electric energy according to a second embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 준비될 수 있다. 또한, 상기 제2 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 역시 전해질(미표시), 에너지 저장부(400), 및 스위치(410) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 제조 방법은 도 2 및 도 3을 참조하여 상술된 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 제조 방법과 같을 수 있다. 상기 전해질(미표시), 에너지 저장부(400), 및 스위치(410) 역시 도 1을 참조하여 설명된 상기 전해질(300), 상기 에너지 저장부(400), 및 상기 스위치(410)와 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다. The method for manufacturing the
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 중 적어도 어느 하나는 고분자로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 PVA일 수 있다.According to one embodiment, at least one of the
상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)는 서로 꼬일 수 있다. 이후, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)에 전해질이 제공되어 상기 제1 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템과 같이, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 자가 전위차가 생성될 수 있다. The
또한, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 전기적으로 연결되는 경우, 상기 자가 전위차를 이용하여 충전 전류가 생성되고, 상기 충전 전류를 이용하여 전기 에너지가 상기 에너지 저장부(400) 저장될 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 상기 자가 전위차는 소멸될 수 있다. When the
상기 자가 전위차가 소멸된 이후, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 연결이 해제되어, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 자가 전위차가 재생성 될 수 있다. The
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 역시, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)를 전기적으로 연결했다가 해제하는 과정을 반복 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에, 상기 자가 전위차가 반복해서 생성 및 재생성 될 수 있다. 상기 에너지 저장부(400)는 반복해서 생성 및 재생성되는 상기 자가 전위차를 이용하여 반영구적으로 전기 에너지를 저장할 수 있다. 결과적으로, 외부의 개입 없이 스스로 에너지를 생성하고 저장할 수 있는 자가 충전 시스템이 제공될 수 있다. According to one embodiment, the charging system for electrical energy according to the second embodiment also repeats the process of electrically connecting and releasing the
도 5는 본 발명의 일 변형 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 나타내는 도면이다. 5 is a diagram showing a charging system of electric energy according to a modification of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 변형 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 상기 제1 전극 섬유(100), 상기 제2 전극 섬유(200), 및 상기 전해질(300)이 하나의 유닛 모듈(unit module, 10)을 이룰 수 있다. 또한, 상기 변형 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 역시 상기 에너지 저장부(400), 및 스위치(410) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the charging system for electrical energy according to the modification, the
복수의 상기 유닛 모듈(10)들은, 직렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 변형 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 제1 내지 제3 유닛 모듈(11, 12, 13)을 포함하는 경우, 상기 제1 유닛 모듈(11)이 포함하는 상기 제2 전극 섬유(200)와 상기 제2 유닛 모듈(12)이 포함하는 상기 제1 전극 섬유(100)가 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 유닛 모듈(12)이 포함하는 상기 제2 전극 섬유(200)와 상기 제3 유닛 모듈(13)이 포함하는 상기 제1 전극 섬유(100)가 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 유닛 모듈(11)의 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제3 유닛 모듈(13)의 상기 제2 전극 섬유(200)는 상기 에너지 저장부(400) 및 상기 스위치(410)를 통하여 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 에너지 저장부(400)에 저장되는 전기 에너지의 양이 증가될 수 있다. A plurality of the
도 6은 본 발명의 다른 변형 예에 따른 전기 에너지 충전 시스템을 설명하는 도면이다. 6 is a view for explaining an electric energy charging system according to another modification of the present invention.
도 6을 참조하면, 상기 다른 변형 예에 따른 전기 에너지 충전 시스템은, 제1 전극 섬유(500), 제2 전극 섬유(600), 전해질(300), 에너지 저장부(400), 및 스위치(410) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(500), 및 상기 제2 전극 섬유(600)는 polyelectrolyte를 포함하는 CNT 섬유일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극 섬유(500)는 PDDA(poly(diallyldimethylammonium choloride)와 같은 양극을 띠는 polyelectrolyte를 CNT표면에 코팅한 전극 일 수 있다. 상기 제2 전극 섬유(600)는 polystyrene sulfonate와 같은 음극을 띠는 polyelectrolyte를 CNT표면에 코팅한 전극일 수 있다. Referring to FIG. 6, the electric energy charging system according to another modified example includes a
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)와 같은 방법으로 제조될 수 있다. 이에 따라, 고분자를 포함하는 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600) 역시, 상기 제1 전극 섬유(500)의 꼬임수가 상기 제2 전극 섬유(600)의 꼬임수 보다 많을 수 있다.The
상기 전해질(300), 에너지 저장부(400), 및 스위치(410)는 도 1을 참조하여 설명된 상기 전해질(300), 에너지 저장부(400), 및 스위치(410)와 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다. The
상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600) 사이에는, 일정한 값의 자가 전위차가 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600)에 상기 전해질(300)이 제공되는 경우, 상기 자가 전위차가 생성될 수 있다. Between the
상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600)가 전기적으로 연결되는 경우, 상기 자가 전위차를 이용하여 충전 전류가 생성되고, 상기 충전 전류를 이용하여 상기 에너지 저장부(400)에 전기 에너지가 저장될 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600) 사이의 상기 자가 전위차는 소멸될 수 있다. When the
상기 자가 전위차가 소멸된 이후, 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600)의 연결이 해제되어, 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600) 사이에 상기 자가 전위차가 재생성 될 수 있다. The connection between the
일 실시 예에 따르면, 상기 다른 변형 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 역시, 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600)를 전기적으로 연결했다가 해제하는 과정을 반복 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극 섬유(500) 및 상기 제2 전극 섬유(600) 사이에, 상기 자가 전위차가 반복해서 생성 및 재생성 될 수 있다. 상기 에너지 저장부(400)는 반복해서 생성 및 재생성되는 상기 자가 전위차를 이용하여 반영구적으로 전기 에너지를 저장할 수 있다. 결과적으로, 외부의 개입 없이 스스로 에너지를 생성하고 저장할 수 있는 자가 충전 시스템이 제공될 수 있다. According to one embodiment, the electric energy charging system according to another modified example may also be repeatedly performed to electrically connect and disconnect the
본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 상기 제1 전극 섬유(100), 상기 제1 전극 섬유(100)보다 꼬임수가 적은 상기 제2 전극 섬유(200), 및 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)를 둘러싸는 상기 전해질(300)을 포함할 수 있다. The charging system of electric energy according to the embodiment of the present invention is characterized in that the
또한, 상기 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 자가 전위차가 생성될 수 있다. 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 연결되는 경우, 상기 자가 전위차에 의하여 충전 전류가 생성되고 상기 자가 전위차는 소멸될 수 있다. 이후, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 연결이 해제되는 경우, 상기 자가 전위차는 재생성 될 수 있다. 이에 따라, 외부의 에너지 공급 없이 스스로 에너지를 생성하여 충전할 수 있는 전기 에너지의 충전 시스템이 제공될 수 있다. Also, in the electric energy charging system according to the embodiment, the self-potential difference may be generated between the
이상, 본 발명의 실시 예에 및 변형 예에 따른 전기 에너지의 충선 시스템이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 방법이 도 7을 참조하여 설명된다. As described above, the winding system of electric energy according to the embodiment of the present invention and the modification has been described. Hereinafter, a charging method of electric energy according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 방법을 설명하는 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of charging electric energy according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 방법은 자가 전위 차가 생성되는 단계(S100), 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계(S200), 및 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다. 또한, 상기 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 방법을 설명함에 있어, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 적용될 수 있다. Referring to FIG. 7, in the method of charging electric energy according to the embodiment, the self potential difference is generated (S100), the self potential difference is eliminated (S200), and the self potential difference is regenerated (S300) . Each step will be described in detail below. In addition, in describing the charging method of the electric energy according to the embodiment, the electric energy charging system according to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3 may be applied.
상기 S100 단계에서는, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제1 전극 섬유보다 꼬임수가 적은 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 자가 전위차가 생성될 수 있다. In step S100, a self-potential difference may be generated between the
즉, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)에 상기 전해질(300)이 제공됨에 따라, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 자가 전위차가 생성될 수 있다. That is, when the
상기 자가 전위차는, 상기 제1 전극 섬유(100)에 상기 전해질(300)이 제공됨에 따라 생성되는 전위 및 상기 제2 전극 섬유(200)에 상기 전해질(300)이 제공됨에 따라 생성되는 전위의 차이일 수 있다. 상기 자가 전위차에 의하여 제1 전압이 형성될 수 있다. 즉, 상기 자가 전위차만큼의 크기를 갖는 전압이, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 형성될 수 있다. The self potential difference is a difference between a potential generated by the
상기 S200 단계에서는, 상기 자가 전위차를 이용하여, 상기 에너지 저장부(400)에 전기 에너지가 저장되고, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 상기 자가 전위차가 소멸될 수 있다. In step S200, electric energy is stored in the
일 실시 예에 따르면, 상기 S200 단계는, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 충전 전류가 흐르도록, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 전기적으로 연결되는 단계, 및 상기 충전 전류를 이용하여, 상기 에너지 저장부(400)에 전기 에너지가 저장되는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step S200 may further include the step of forming the
구체적으로, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 전기적으로 연결되는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 충전 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 충전 전류는 상기 자가 전위차에 의하여 형성되는 것일 수 있다. Specifically, when the
상기 에너지 저장부(400)는 상기 충전 전류를 이용하여, 전기 에너지를 저장할 수 있다. 즉, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)가 전기적으로 연결되는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 충전 전류가 흐르게 되고, 상기 충전 전류를 이용하여, 상기 에너지 저장부(400)에 전기 에너지가 저장될 수 있다. The
상기 충전 전류를 이용하여, 상기 에너지 저장부(400)에 전기 에너지가 저장되는 경우, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 상기 자가 전위차가 소멸될 수 있다. When electric energy is stored in the
상기 S300 단계에서는, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 자가 전위차가 재생성될 수 있다. 재생성된 상기 자가 전위차에 의하여, 제2 전압이 생성될 수 있다. In step S300, the self-potential difference between the
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200)의 전기적 연결을 해제하여, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이에 상기 자가 전위차가 재생성 될 수 있다.The
구체적으로, 상기 제1 전극 섬유(100), 제2 전극 섬유(200), 및 상기 전해질(300)에 의하여 형성되는 전하량은 일정할 수 있다. 이에 따라, 상기 자가 전위차가 소멸된 이후, 상기 제1 전극 섬유(100) 및 상기 제2 전극 섬유(200) 사이의 연결이 해제된 경우, 상기 제1 전극 섬유(100), 상기 제2 전극 섬유(100), 및 상기 전해질(300)은 일정한 전하량의 생성을 위해, 자가 전위차를 재생성할 수 있다. 결과적으로, 상기 제1 전압의 크기 및 상기 제2 전압의 크기는 같을 수 있다. Specifically, the amount of charge formed by the
일 실시 예에 따르면, 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계(S200), 및 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계(S300)는 유닛 공정(unit process)을 이루고, 상기 유닛 공정은 복수회 반복될 수 있다. 즉, 상기 자가 전위차의 소멸 및 재생성이 반복될 수 있다. 이에 따라, 반영구적으로 에너지를 생성하여 충전할 수 있는 전기 에너지의 충전 방법이 제공될 수 있다. According to one embodiment, the self-potential difference is eliminated (S200), and the self-potential difference is regenerated (S300), and the unit process may be repeated a plurality of times. That is, the extinction and regeneration of the self-potential difference can be repeated. Accordingly, a charging method of electric energy capable of generating and charging energy semi-permanently can be provided.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 방법은, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제1 전극 섬유보다 꼬임수가 적은 상기 제2 전극 섬유 사이에 상기 자가 전위차가 생성되는 단계, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차를 이용하여 상기 에너지 저장부에 전기 에너지가 저장되어, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계, 및 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에, 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 외부의 에너지 공급 없이 스스로 에너지를 생성하여 충전할 수 있는 전기 에너지의 충전 방법이 제공될 수 있다. The method of filling electric energy according to an embodiment of the present invention includes the steps of generating the self-potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber having a smaller twist than the first electrode fiber, The electric energy is stored in the energy storage unit using the self-potential difference between the second electrode fibers, so that the self-potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber disappears, And a step in which the self potential difference is regenerated between the fiber and the second electrode fiber. Accordingly, a charging method of electric energy capable of generating and charging energy by itself without external energy supply can be provided.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 및 충전 방법이 제공되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. As described above, a charging system and a charging method of electric energy according to the embodiment of the present invention have been provided. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation results of the electric energy charging system according to the embodiment of the present invention will be described.
실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 제조Production of a charging system of electrical energy according to Example 1
40mm의 폭을 갖는 CNT 시트(sheet) 3장이 준비된다. 상기 CNT 시트 3장을 적층시 킨 후, CNT 시트의 타 단을 고정시키고, 일 단에는 25MPa의 압력을 가하는 무게추를 달았다. 이후, CNT 시트의 일 단을 5600 turns/m로 꼬아서, 70μm의 직경을 갖는 CNT 섬유를 제조하였다. Three sheets of CNT sheets having a width of 40 mm are prepared. Three sheets of the CNT sheets were stacked, the other end of the CNT sheet was fixed, and one end was loaded with a weight for applying a pressure of 25 MPa. Then, one end of the CNT sheet was twisted at 5600 turns / m to produce a CNT fiber having a diameter of 70 mu m.
계속해서, Pt mesh/CNT buckypaper 전극, Ag/AgCl 전극, 및 HCl 전해질이 준비된다. 이후, CNT 섬유를 working electrode로 사용하고, Pt mesh/CNT buckypaper 전극을 counter electrode로 사용하고, Ag/AgCl 전극을 reference electrode로 사용하는 3전극 시스템을 구축하여, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지 의 충전 시스템을 제조하였다. Subsequently, Pt mesh / CNT buckypaper electrode, Ag / AgCl electrode, and HCl electrolyte are prepared. Thereafter, a three-electrode system using CNT fibers as a working electrode, a Pt mesh / CNT buckypaper electrode as a counter electrode, and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode was constructed. A filling system was prepared.
도 8 도 9는 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 자기 충전 특성을 나타내는 그래프이다. FIG. 8 is a graph showing self-charging characteristics of a charging system of electric energy according to
도 8을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 전기화학측정 장비인 CHI를 이용하여, Galvanostatic mode로 자가 충방전 실험을 진행하였다. Charging current는 0A로 설정하였다. 전해질은 0.1M 농도의 HCl을 사용하였다. 또한, 도 8에 도시된 그래프의 세로축에 나타난 OCV-PZC(V)의 의미는, Ag/AgCl 전극(reference electrode)을 기준으로 potential of zero charge(PZC)를 측정하고 PZC를 기준으로 얼마나 자가 충전되는지를 확인하는 것이다. Referring to FIG. 8, a self-charging / discharging test was performed in a Galvanostatic mode using CHI, which is an electrochemical measuring device, of the electrical energy charging system according to the first embodiment. Charging current was set to 0A. The electrolyte was 0.1 M HCI. The OCV-PZC (V) in the vertical axis of the graph shown in FIG. 8 means that the potential of zero charge (PZC) is measured based on the Ag / AgCl electrode, .
도 8에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 0.59V까지 충전되며, 충전된 양이 1시간 40분 동안 유지되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 8의 내부 삽입된 그래프에서 알 수 있듯이, 자가 충전기 시작된 직후 30초 동안 급속도로 자가 충전되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIG. 8, the charging system of the electric energy according to the first embodiment is charged up to 0.59 V, and the charged amount is maintained for 1 hour and 40 minutes. Also, as can be seen from the inset graph of FIG. 8, it was confirmed that self-charging was rapidly performed for 30 seconds immediately after the self-charger was started.
도 9를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 전기화학측정 장비인 CHI를 이용하여, Galvanostatic mode로 자가 충방전 실험을 진행하였다. 전해질은 1M 농도의 HCl을 사용하고, counter electrode로서 Pt mesh/CNT sheet를 사용하고, PZC는 -110 mV로 설정하였다. 또한, working electrode로 상기 실시 예 1에 따른 CNT 섬유를 사용하되, CNT 섬유의 제조 과정에서 54MPa의 무게를 갖는 무게추가 사용되어 제조된 CNT 섬유를 사용하였다. 이후, 충전된 상태의 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 chronopotentiometry 방법으로 1 μA, 5 μA, 및 10 μA의 방전 전류로 각각 방전한 후, 각 방전 전압에서의 결과를 나타내었다. Referring to FIG. 9, a self-charging / discharging test was performed in a Galvanostatic mode using CHI, which is an electrochemical measuring device, of the electric energy charging system according to the first embodiment. The electrolyte used was 1M HCl, Pt mesh / CNT sheet was used as counter electrode, and PZC was set at -110 mV. In addition, the CNT fibers according to Example 1 were used as the working electrode, and CNT fibers prepared by using additional weights having a weight of 54 MPa were used in the manufacturing process of the CNT fibers. Thereafter, the charging system of the electric energy according to the
도 9에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 1 μA, 5 μA, 및 10 μA의 방전 전류로 각각 방전되는 각각 특정 전압에서 일정한 값을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 자가 충전된다는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 9, it can be confirmed that the charging system of the electric energy according to the first embodiment maintains a constant value at each specific voltage discharged at discharge currents of 1 μA, 5 μA, and 10 μA, respectively. That is, it can be seen that the charging system of electric energy according to the first embodiment is self-charged.
도 10은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 수명 특성을 나타내는 그래프이다. 10 is a graph showing lifetime characteristics of a charging system of electric energy according to
도 10을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 도 8에서 설명된 바와 같이 실험하되, 0.5V까지 자가 충전하고 0.5V에서는 0.0001A로 방전하는 실험을 1000번 반복하고 결과를 도시하였다. 이 때, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 갖는 capacitance는 4.7F/g이고 에너지는 0.5875J/g 이다. Referring to FIG. 10, the charging system of the electric energy according to the first embodiment is tested as described in FIG. 8, and an experiment of self-charging up to 0.5 V and discharging to 0.0001 A at 0.5 V is repeated 1000 times, Respectively. At this time, the electric energy charging system according to the first embodiment has a capacitance of 4.7 F / g and an energy of 0.5875 J / g.
도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 충방전 실험을 1000번 반복하는 동안에도 일정한 자가 충전값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 고신뢰성을 갖는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 10, it can be seen that the charging system of the electric energy according to the first embodiment exhibits a constant self-charging value even during the repetition of the charge-
도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 CV 커브를 나타내는 도면이다. 11 is a view showing a CV curve of the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 Potential(V, vs. Ag/AgCl)에 따른 Current(A)를 측정하고, CV(cyclic voltammetry) 커브를 나타내었다. 측정 속도는 10 mV/s로 설정하였다. Referring to FIG. 11, the current (A) according to the potential (V, vs. Ag / AgCl) of the electric energy charging system according to the first embodiment is measured and a curve of a cyclic voltammetry (CV) is shown. The measurement speed was set at 10 mV / s.
도 11에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 자가 충전되는 voltage 범위 내에서 redox 반응이 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 10 x 10-3 F의 capacitance를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIG. 11, the charging system of the electric energy according to the first embodiment can confirm that there is no redox reaction within the voltage range of self-charging. Also, it was confirmed that the electric energy charging system according to the first embodiment exhibits a capacitance of 10 x 10 -3 F.
도 12는 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지 충전 시스템에 직접 전류를 가해 측정된 전하량과 변화된 전압 값을 통해 계산된 전하량을 비교하기 위한 그래프이다. FIG. 12 is a graph for comparing the amount of charge measured by applying a direct current to the electric energy charging system according to the first embodiment and the amount of charge calculated through the changed voltage value.
도 12를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지 충전 시스템이 시간에 따라 나타내는 potential의 변화를 측정하여 나타내었다. 도 12에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지 충전 시스템은 시간이 흐름에 따라 방전(discharging)이 일어나기 까지, -0.1 (V, vs. Ag/AgCl)부터 0.28 (V, vs. Ag/AgCl)까지의 potential 변화가 나타나는 것일 알 수 있다. 즉, 방전되기까지 전압의 변화량(△V)이 0.38V인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 도 11에서 확인된 capacitance 값과 도 12에서 확인된 전압의 변화량 값으로부터 획득되는 전하량은 3.8 x 10-4 C이 된다. (Q=C△V)Referring to FIG. 12, the change in potential represented by the electric energy charging system according to the first embodiment is measured and shown. As can be seen from FIG. 12, the electric energy charging system according to the first embodiment increases from -0.1 (V, vs. Ag / AgCl) to 0.28 (V, vs. Ag / AgCl). That is, it can be seen that the amount of change (? V) of the voltage until discharge is 0.38 V. Accordingly, the amount of charge obtained from the capacitance value identified in FIG. 11 and the amount of change in voltage identified in FIG. 12 is 3.8 x 10 -4 C. (Q = C DELTA V)
또한, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 15초의 시간 동안 2.5 x 10-5 A를 인가한 경우, 획득되는 전하량은 3.75 x 10-4C이 된다. (Q=It) 즉, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 자가 생산하는 전하량은 외부 전류가 인가되어 나타나는 전하량과 실질적으로 일치하는 것을 알 수 있다. In addition, when 2.5 x 10 < -5 > A is applied to the electric energy charging system according to the first embodiment for 15 seconds, the amount of electric charge to be obtained becomes 3.75 x 10 < -4 > (Q = It). That is, it can be seen that the amount of charge generated by the charging system of the electric energy according to the first embodiment substantially coincides with the amount of charge appearing when an external current is applied.
도 13은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 다른 전해질 환경에서 충방전되는 경우를 나타내는 그래프이다. 13 is a graph showing a case where the charging system of electric energy according to the first embodiment of the present invention is charged and discharged in another electrolyte environment.
도 13을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 준비된다. 다만, counter electrode로서 Pt mesh를 사용하고 전해질로서 0.1 M 농도의 Na2SO4를 사용하였다. 충전이 완료된 경우, 방전 전류는 50 μA로 실험을 진행하였다. Referring to FIG. 13, a charging system for electric energy according to the first embodiment is prepared. However, a Pt mesh was used as a counter electrode, and a 0.1 M Na 2 SO 4 was used as an electrolyte. When charging was completed, the discharge current was 50 μA.
도 13에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 Na2SO4 전해질이 사용되는 경우, 0.3 V가 지속적으로 충방전 되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하는 경우, 전해질로서 HCl 뿐만 아니라 Na2SO4 역시 사용 가능하다는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 13, when the Na 2 SO 4 electrolyte is used in the electric energy charging system according to the first embodiment, it can be confirmed that 0.3 V is continuously charged and discharged. That is, it can be seen that, in the case of manufacturing the charging system of electric energy according to the first embodiment, not only HCl but also Na 2 SO 4 can be used as an electrolyte.
도 14는 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 다양한 전해질 환경에서 충방전 특성을 나타내는 그래프이다. FIG. 14 is a graph showing charging / discharging characteristics in various electrolyte environments according to the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention. FIG.
도 14를 참조하면, 상기 실시 예 1 에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하되, 1M 농도의 H2SO4 전해질, 1M 농도의 NaCl 전해질, 및 1M 농도의 KOH 전해질이 사용된 세 개의 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하고, 각각에 대해 시간에 따른 OCV-PZC(V)를 측정하였다. 14, a charging system for electric energy according to Example 1 was prepared. The electric energy of three electric energy was measured using a 1M concentration of H 2 SO 4 electrolyte, a 1M concentration of NaCl electrolyte, and a 1M concentration of KOH electrolyte A charging system was prepared and OCV-PZC (V) was measured over time for each.
도 14에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 1M 농도의 H2SO4 전해질, 및 1M 농도의 NaCl 전해질이 사용된 경우 양의 전압을 가지고, 1M 농도의 KOH 전해질이 사용된 경우 음의 전압을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 14에 삽입된 그래프에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 1M 농도의 H2SO4 전해질, 및 1M 농도의 NaCl 전해질이 사용된 경우 양의 전류를 방전하고, 1M 농도의 KOH 전해질이 사용된 경우 음의 전류를 방전하는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 14, the electric energy charging system according to Example 1 has a positive voltage when a 1M concentration H 2 SO 4 electrolyte and a 1M concentration NaCl electrolyte are used, and a 1M concentration KOH electrolyte If used, it can be seen that it has a negative voltage. As shown in the graph of FIG. 14, the electric energy charging system according to the first embodiment discharges positive current when a 1M concentration of H 2 SO 4 electrolyte and a 1M concentration of NaCl electrolyte are used. And a negative current is discharged when a 1M-concentration KOH electrolyte is used.
도 15는 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 전해질의 농도에 따른 특성을 나타내는 그래프이다. 15 is a graph showing the characteristics of the electrolyte used in the charging system of electric energy according to the concentration of the electrolyte according to the first embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하되, 0.001M 농도의 HCl 전해질, 0.01M 농도의 HCl 전해질, 0.1M 농도의 HCl 전해질, 1M 농도의 HCl 전해질, 및 3M 농도의 HCl 전해질이 사용된 각각의 전기 에너지의 충전 시스템에 대해 Energy(J/g), OCV-PZC(V), 및 Capacitance(F/g)를 측정하여 나타내었다. 또한, 내부 삽입된 그래프는 각 농도의 전해질을 갖는 전기 에너지의 충전 시스템이 자가 충전되는 전압을 나타낸다. 15, a charging system for electric energy according to the first embodiment is prepared, and a HCl electrolyte having a concentration of 0.001M, a HCl electrolyte having a concentration of 0.01M, a HCl electrolyte having a concentration of 0.1M, a HCl electrolyte having a concentration of 1M, Energy (J / g), OCV-PZC (V), and Capacitance (F / g) were measured for each electric energy charging system using a HCl electrolyte. Also, the internally inserted graph represents the voltage at which the charging system of electrical energy with electrolyte of each concentration is self-charged.
도 15에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 사용되는 농도의 전해질이 증가함에 따라 Capacitance는 증가하고, OCV-PZC는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, Energy는 0.01M농도부터 0.1M 농도까지는 증가하다, 0.1M 농도부터 3M 농도까지는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 0.01M 초과 및 1M 미만의 농도를 갖는 전해질을 사용하는 경우, Energy 생성에 용이하다는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 15, in the charging system of the electric energy according to the first embodiment, the capacitance increases and the OCV-PZC decreases as the electrolyte concentration increases. However, energy increased from 0.01M concentration to 0.1M concentration and decreased from 0.1M concentration to 3M concentration. Accordingly, it can be seen that the charging system of electric energy according to the first embodiment is easy to generate energy when an electrolyte having a concentration of more than 0.01M and less than 1M is used.
또한, 도 15의 내부 삽입된 그래프에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 전해질의 농도와 상관 없이 자가 충전되는 것을 확인할 수 있었다. Also, as can be seen from the inset graph in FIG. 15, it can be confirmed that the charging system of the electric energy according to the first embodiment is self-charged regardless of the concentration of the electrolyte.
도 16은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 전해질의 온도에 따른 특성을 나타내는 그래프이다. 16 is a graph showing characteristics of an electrolyte used in a charging system for electric energy according to the first embodiment of the present invention, according to temperature.
도 16을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하되, 6℃의 온도를 갖는 HCl 전해질, 16℃의 온도를 갖는 HCl 전해질, 26℃의 온도를 갖는 HCl 전해질, 36℃의 온도를 갖는 HCl 전해질, 및 46℃의 온도를 갖는 HCl 전해질이 사용된 각각의 전기 에너지의 충전 시스템에 대해 Energy(J/g), OCV-PZC(V), 및 Capacitance(F/g)를 측정하여 나타내었다. 또한, 내부 삽입된 그래프는 각 온도의 전해질을 갖는 전기 에너지의 충전 시스템이 자가 충전되는 전압을 나타낸다. Referring to FIG. 16, an electric energy filling system according to the first embodiment is prepared. The HCl electrolyte having a temperature of 6 ° C, the HCl electrolyte having a temperature of 16 ° C, the HCl electrolyte having a temperature of 26 ° C, (J / g), OCV-PZC (V), and Capacitance (F / g) for each electric energy charging system using a HCl electrolyte having a temperature of 46 & Respectively. Also, the internally inserted graph represents the voltage at which the charging system of electric energy having the electrolyte at each temperature self-charges.
도 16에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 사용되는 전해질의 온도가 증가함에 따라 Capacitance는 증가하고, OCV-PZC는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, Energy는 6℃의 온도부터 36℃의 온도까지는 증가하다, 36℃의 온도부터 46℃의 온도까지는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 30℃ 초과 및 46℃ 미만의 온도를 갖는 전해질을 사용하는 경우, Energy 생성에 용이하다는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 16, in the charging system of the electric energy according to the first embodiment, it was confirmed that as the temperature of the electrolyte used increases, the capacitance increases and the OCV-PZC decreases. However, the energy increased from the temperature of 6 ° C to the temperature of 36 ° C, and decreased from the temperature of 36 ° C to the temperature of 46 ° C. Accordingly, it can be seen that the charging system of electric energy according to the first embodiment is easy to generate energy when an electrolyte having a temperature higher than 30 ° C and lower than 46 ° C is used.
또한, 도 16의 내부 삽입된 그래프에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 전해질의 온도와 상관 없이 자가 충전되는 것을 확인할 수 있었다. Also, as can be seen from the inset graph of FIG. 16, it can be confirmed that the charging system of the electric energy according to the first embodiment is self-charged irrespective of the temperature of the electrolyte.
도 17은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 CNT 섬유의 꼬임수에 따른 특성을 나타내는 그래프이다. 17 is a graph showing characteristics according to the twist number of the CNT fiber used in the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 0 turns/m부터 12000 turns/m까지 각각의 꼬임 속도로 제조된 CNT 섬유가 working electrode로 사용된 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 대해, Energy(J/g), OCV-PZC(V), 및 Capacitance(F/g)를 측정하여 나타내었다. 꼬임 속도가 증가함에 따라, CNT 섬유의 꼬임수는 증가한다. 17, for a charging system of electric energy according to Example 1 in which CNT fibers fabricated at twist rates of 0 turns / m to 12000 turns / m were used as working electrodes, Energy (J / g ), OCV-PZC (V), and capacitance (F / g). As the twist rate increases, the number of twists of the CNT fibers increases.
도 17에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 사용되는 CNT 섬유의 꼬임수가 증가함에 따라, Capacitance는 감소하고 OCV-PZC는 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 4000 turns/m부터 7000 turns/m의 속도로 꼬인 CNT 섬유의 Energy는 증가하지만, 7000 turns/m부터 9000 turns/m의 속도로 꼬인 CNT 섬유의 Energy는 감소하는 것을 알 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 4000 turns/m 초과 9000 turns/m 미만의 속도로 꼬인 CNT 섬유가 사용되는 경우, Energy 생성에 용이하다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 CNT 섬유의 꼬임수가 증가함에 따라, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 Capacitance가 감소하고 OCV-PZC가 증가하는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 17, in the charging system of the electric energy according to the first embodiment, it was confirmed that as the twist number of the CNT fiber used increases, the capacitance decreases and the OCV-PZC increases. However, the energy of twisted CNT fibers increased from 4000 turns / m to 7000 turns / m, but the energy of twisted CNT fibers decreased from 7000 turns / m to 9000 turns / m. Accordingly, it can be seen that the energy charging system according to the first embodiment is easy to generate energy when twisted CNT fibers are used at a speed of 4000 turns / m and less than 9000 turns / m. Also, as the number of twists of the CNT fibers increases, the charging system of the electric energy according to the first embodiment decreases the capacitance and increases the OCV-PZC.
도 18은 본 발명의 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 사용되는 CNT 섬유의 꼬임수에 따른 전기적 특성을 비교한 그래프이다. 18 is a graph comparing electric characteristics according to the twist number of the CNT fiber used in the electric energy charging system according to the first embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 꼬임수가 없는(nontwisted) CNT섬유와 꼬임수가 많은(highly twisted yarn) CNT 섬유를 각각 포함하는 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 대해 시간에 따른 Open circuit voltage(V, vs. Ag/AgCl)를 측정하여 나타내었다. 꼬임수가 없는(nontwisted) CNT섬유와 꼬임수가 많은(highly twisted yarn) CNT 섬유가 준비되는 과정에서 각각의 특성은 아래 <표 1>로 정리된다. 또한, CNT 섬유를 제조하기 위한 CNT 시트의 특성은 아래 <표 2>로 정리된다. Referring to FIG. 18, for an electric energy charging system according to Example 1, which includes nontwisted CNT fibers and highly twisted yarn CNT fibers, the open circuit voltage (V , vs. Ag / AgCl). The characteristics of CNT fibers with highly twisted yarns and nontwisted CNT fibers are summarized in Table 1 below. The characteristics of the CNT sheet for producing the CNT fiber are summarized in Table 2 below.
도 18에서 확인할 수 있듯이, 꼬임수가 많은 CNT 섬유가 사용된 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 꼬임수가 없는 CNT 섬유가 사용된 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템과 비교하여, Open circuit voltage가 180 mV 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 1에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하는 경우, 꼬임수가 많은 CNT 섬유를 사용하는 것이 높은 전류를 생성하기에 용이하다는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 18, the charging system of the electric energy according to the first embodiment using the CNT fiber having a large number of twists is different from the charging system of the electric energy according to the first embodiment using the twisted CNT fibers, The open circuit voltage was found to be 180 mV higher. That is, when manufacturing the electric energy charging system according to the first embodiment, it can be seen that using CNT fibers having a large number of twists is easy to generate a high electric current.
실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 제조Manufacturing of a charging system of electric energy according to
CNT시트가 준비된다. 준비된 CNT 시트의 타 단을 고정시키고, 일 단에는 54MPa의 압력을 가하는 무게추를 달았다. 이후, CNT 시트의 일 단을 1666 turns/m 로 꼬아서, twist CNT 섬유를 제조하였다. A CNT sheet is prepared. The other end of the prepared CNT sheet was fixed, and at one end, a weight was added to apply pressure of 54 MPa. Then, one end of the CNT sheet was twisted at 1666 turns / m to produce twist CNT fiber.
또한, twist CNT 섬유의 일 단을 CNT 시트를 꼬은 방향과 반대 방향으로 1666 turns/m로 꼬아서 non-twist CNT 섬유를 제조하였다. In addition, non-twisted CNT fibers were prepared by twisting one end of twisted CNT fibers to 1666 turns / m in the direction opposite to the direction of twisting the CNT sheet.
Twist CNT 섬유는 working electrode로 사용하고, non-twist CNT 섬유는 counter electrode로 사용하고, 전해질로 1M 농도의 HCl을 사용하여 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하였다. Twist CNT fiber was used as a working electrode, non-twist CNT fiber was used as a counter electrode, and a charging system of electric energy according to Example 2 was manufactured using 1M HCl as an electrolyte.
도 19는 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 자기 충전 특성을 나타내는 그래프이다. 19 is a graph showing magnetic charging characteristics of a charging system of electric energy according to
도 19를 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 전기화학측정 장비인 CHI를 이용하여, Galvanostatic mode로 자가 충방전 실험을 진행하였다. 도 19에 도시된 그래프의 세로축에 나타난 OCV의 의미는, 자가 충전된 정도를 나타낸다. 도 19에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 0.34V까지 충전되며, 충전된 양이 25분 동안 유지되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 19, a self-charging and discharging test was performed in a Galvanostatic mode using CHI, which is an electrochemical measuring device, of the electrical energy charging system according to the second embodiment. The meaning of OCV shown in the vertical axis of the graph shown in FIG. 19 indicates the degree of self-charging. As can be seen from FIG. 19, the electric energy charging system according to the second embodiment is charged to 0.34 V, and the charged amount is maintained for 25 minutes.
도 20은 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지 충전 시스템의 안정성을 나타내는 그래프이다. 20 is a graph showing the stability of the electric energy charging system according to the second embodiment of the present invention.
도 20을 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 0.3V까지 충전시킨 후 방전하는 공정을 200회 반복하였다. 도 20에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 충방전이 지속되는 동안에도 충전시 일정한 OCV를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 우수한 안정성을 갖는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 20, the process of charging the electric energy charging system according to the second embodiment up to 0.3 V and then discharging was repeated 200 times. As shown in FIG. 20, it can be seen that the charging system of the electric energy according to the second embodiment exhibits a constant OCV during charging even when the charging / discharging is continued. That is, it can be seen that the electric energy charging system according to the second embodiment has excellent stability.
도 21은 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지 충전 시스템의 성능을 확인하는 그래프이다. 21 is a graph for confirming the performance of the electric energy charging system according to the second embodiment of the present invention.
도 21을 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하되, 전해질로 0.1M 농도의 HCl을 사용하였다. 또한, working electrode와 counter electrode 사이에 저항을 두고 저항에 걸리는 전압(mV)을 측정하고, 측정된 접압을 통해 계산된 power(W/kg)를 도시하였다. 또한, 도 21의 삽입된 그래프는 500kΩ 저항에서의 전압을 확대해서 도시한 것이다. Referring to FIG. 21, an electric energy filling system according to the second embodiment is prepared, and 0.1 M concentration of HCl is used as an electrolyte. We also measured the voltage (mV) across the resistor with a resistor between the working electrode and the counter electrode and plotted the power (W / kg) calculated from the measured voltage. 21 is an enlarged view of the voltage at a resistance of 500 kΩ.
도 21에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 저항(resistance, kΩ)이 증가함에 따라 전압(mV)이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 500 kΩ 까지는 power가 증가하지만, 500 kΩ 부터 1000 kΩ 까지는 power가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 삽입된 그래프로부터 500 kΩ의 저항에서는 1분 동안 일정한 전압이 유지되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIG. 21, the charging system of the electric energy according to the second embodiment can confirm that the voltage (mV) increases as the resistance (k,) increases. However, power increased to 500 kΩ, but power decreased from 500 kΩ to 1000 kΩ. From the embedded graph, it was confirmed that a constant voltage was maintained for 1 minute at a resistance of 500 k ?.
도 22는 본 발명의 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 다양한 전해질 환경에서 갖는 전기적 특성을 나타내는 그래프이다. 22 is a graph showing electrical characteristics of a charging system of electric energy according to
도 22를 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하되, HCl 전해질, H2SO4 전해질, Na2SO4 전해질, NaCl 전해질, 및 KOH 전해질이 사용된 각각의 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하고, 각각에 대해 Energy(J/g) 및 Power(W/kg)를 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 22, an electric energy filling system according to the second embodiment is prepared, and the electric energy of the HCl electrolyte, the H 2 SO 4 electrolyte, the Na 2 SO 4 electrolyte, the NaCl electrolyte, The charging system was prepared and measured for Energy (J / g) and Power (W / kg) for each.
도 22에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 2에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 전해질로서, HCl, H2SO4, Na2SO4, NaCl, 또는 KOH 중 어느 하나를 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, HCl 전해질을 사용하는 경우 Energy 및 Power가 높게 나타나는 것을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 22, the electric energy charging system according to the second embodiment can use any one of HCl, H 2 SO 4 , Na 2 SO 4 , NaCl, and KOH as an electrolyte. Particularly, when the HCl electrolyte is used, it can be seen that the energy and power are high.
실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 제조Manufacturing of a charging system of electric energy according to
CNT시트가 준비된다. 준비된 CNT 시트의 타 단을 고정시키고, 일 단에는 54MPa의 압력을 가하는 무게추를 달았다. 이후, CNT 시트의 일 단을 1666 turns/m로 꼬아서, twist CNT 섬유를 제조하였다. A CNT sheet is prepared. The other end of the prepared CNT sheet was fixed, and at one end, a weight was added to apply pressure of 54 MPa. Then, one end of the CNT sheet was twisted at 1666 turns / m to produce twist CNT fiber.
또한, twist CNT 섬유의 일 단을 CNT 시트를 꼬은 방향과 반대 방향으로 1666 turns/m 로 꼬아서 non-twist CNT 섬유를 제조하였다. In addition, non-twisted CNT fibers were prepared by twisting one end of twisted CNT fibers to 1666 turns / m in the direction opposite to the direction of twisting the CNT sheet.
이후, non-twist CNT 섬유를 PVA로 코팅하고, PVA가 코팅된 non-twist CNT 섬유 및 twist 섬유를 서로 꼬았다. Twist CNT 섬유는 working electrode로 사용하고, non-twist CNT 섬유는 counter electrode로 사용하고, 전해질로 HCl/PVA solid electrolyte를 사용하여 상기 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하였다. Then, non-twist CNT fibers were coated with PVA, and twisted non-twist CNT fibers and twisted fibers coated with PVA were cross-twisted. Twist CNT fiber was used as a working electrode, non-twist CNT fiber was used as a counter electrode, and HCl / PVA solid electrolyte was used as an electrolyte.
도 23은 본 발명의 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 촬영한 사진이다. 23 is a photograph of a charging system for electrical energy according to the third embodiment of the present invention.
도 23을 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하였다. 도 23에서 확인할 수 있듯이, non-twist CNT 섬유 및 twist CNT 섬유는 서로 꼬인 상태로서, 하나의 섬유 형태를 나타내는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 23, a scanning electron microscope (SEM) photograph of a charging system for electrical energy according to the third embodiment was taken. As shown in FIG. 23, it can be seen that the non-twisted CNT fibers and the twisted CNT fibers are in a state of being twisted to each other and represent a single fiber form.
도 24는 본 발명의 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 자기 충전 특성을 나타내는 그래프이다. 24 is a graph showing self-charging characteristics of a charging system of electric energy according to
도 24를 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 전기화학측정 장비인 CHI를 이용하여, Galvanostatic mode로 자가 충방전 실험을 진행하였다. 도 24에 도시된 그래프의 세로축에 나타난 OCV의 의미는, 자가 충전된 정도를 나타낸다. 도 24에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 0.34V까지 충전되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 24, a self-charging / discharging test was performed in a Galvanostatic mode using CHI, which is an electrochemical measuring device, of the electric energy charging system according to the third embodiment. The meaning of the OCV shown on the vertical axis of the graph shown in FIG. 24 indicates the degree of self-charging. As can be seen from FIG. 24, it can be confirmed that the charging system of electric energy according to the third embodiment is charged up to 0.34 V.
실시 예 4에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 제조Manufacturing of a charging system of electric energy according to
PDDA(poly(diallyldimethylammonium choloride) 전극 및 polystyrene sulfonate전극이 준비된다. 상술된 두 전극과 고분자 전해질(polyelectrolyte)를 이용하여 실시 예 4에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하였다. PDDA (poly (diallyldimethylammonium choloride)) electrode and polystyrene sulfonate electrode were prepared. The charging system of the electric energy according to Example 4 was fabricated using the two electrodes and the polyelectrolyte described above.
도 25는 본 발명의 실시 예 4에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 25 is a graph showing charge / discharge characteristics of an electric energy charging system according to the fourth embodiment of the present invention.
도 25를 참조하면, 상기 실시 예 4에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 전기화학측정 장비인 CHI를 이용하여, Galvanostatic mode로 자가 충방전 실험을 진행하였다. Referring to FIG. 25, a self-charging / discharging test was performed in a Galvanostatic mode using CHI, which is an electrochemical measuring device, of the electric energy charging system according to the fourth embodiment.
도 25에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 4에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 0.24 mV까지 충전되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예 4에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은, 충방전을 반복하는 경우에도 일정한 전압을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지의 충전시스템을 제조하는 경우, 꼬인 CNT 섬유뿐만 아니라, PDDA 및 PSS 같은 고분자 물질 또한 전극으로 사용될 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 25, it can be confirmed that the charging system of the electric energy according to the fourth embodiment is charged up to 0.24 mV. It was also confirmed that the charging system of the electric energy according to the fourth embodiment exhibited a constant voltage even when charging and discharging were repeated. That is, when manufacturing the energy charging system according to the embodiment of the present invention, not only twisted CNT fibers but also polymer materials such as PDDA and PSS can be used as electrodes.
실시 예 5에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 준비(sample 1)Preparing the charging system of electric energy according to Embodiment 5 (sample 1)
실시 예 3에 따른 twist CNT 및 non-twist CNT가 준비된다. 이후, twist CNT를 counter 전극으로 사용하고, non-twist CNT를 working 전극으로 사용하고, 전해질로 0.2M 농도의 TBA·PF6 (tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate in propylene carbonate)를 사용하여, 실시 예 5에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하였다. Twist CNT and non-twist CNT according to Example 3 are prepared. Thereafter, twist CNT was used as a counter electrode, non-twisted CNT was used as a working electrode, and TBA · PF6 (tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate in propylene carbonate) of 0.2 M was used as an electrolyte. Was prepared.
실시 예 6에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 준비(sample 2) Preparing the charging system of electric energy according to Embodiment 6 (sample 2)
실시 예 5와 다른 방법으로 제조된 twist CNT 및 non-twist CNT가 준비된다. 이후, twist CNT를 counter 전극으로 사용하고, non-twist CNT를 working 전극으로 사용하고, 전해질로 0.2M 농도의 TBA·PF6 (tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate in propylene carbonate)를 사용하여, 실시 예 6에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하였다. Twist CNTs and non-twist CNTs prepared by a method different from Example 5 are prepared. Thereafter, twist CNT was used as a counter electrode, non-twist CNT was used as a working electrode, and TBA · PF6 (tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate in propylene carbonate) of 0.2 M was used as an electrolyte. Was prepared.
실시 예 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 준비(sample 3)Preparing the charging system of electric energy according to Embodiment 7 (sample 3)
실시 예 5와 또 다른 방법으로 제조된 twist CNT 및 non-twist CNT가 준비된다. 이후, twist CNT를 counter 전극으로 사용하고, non-twist CNT를 working 전극으로 사용하고, 전해질로 0.2M 농도의 TBA·PF6 (tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate in propylene carbonate)를 사용하여, 실시 예 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 제조하였다. Twist CNTs and non-twist CNTs prepared in Example 5 and another method are prepared. Thereafter, twist CNT was used as a counter electrode, non-twisted CNT was used as a working electrode, and TBA · PF6 (tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate in propylene carbonate) of 0.2 M was used as an electrolyte. Was prepared.
실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 준비Preparation of electric energy charging system according to
상기 실시 예 5 내지 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템이 준비된다. 상기 실시 예 5에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 non-twist CNT 섬유 및 상기 실시 예 6에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 twist CNT 섬유가 연결되고, 상기 실시 예 6에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 non-twist CNT 섬유 및 상기 실시 예 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 twist CNT 섬유가 서로 연결되도록, 상기 실시 예 5 내지 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 직렬 연결하여, 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하였다. A charging system for electric energy according to the above-mentioned
이 때, Counter electrode는 상기 실시 예 5에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 twisted CNT 섬유가 사용되었고, Working electrode는 상기 실시 예 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 non-twisted CNT 섬유가 사용되었다. At this time, twisted CNT fibers of the electric energy charging system according to the fifth embodiment were used as the counter electrode, and non-twisted CNT fibers of the electric energy charging system according to the seventh embodiment were used as the working electrode.
도 26은 본 발명의 실시 예 5 내지 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 특성을 나타내는 그래프이다. 26 is a graph showing the characteristics of the electric energy charging system according to the fifth to seventh embodiments of the present invention.
도 26을 참조하면, 상기 실시 예 5 내지 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 각각에 대해 시간에 따른 충전 전압(mV)을 측정하였다. 도 26에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 5에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 약 200 mV의 충전 전압을 나타내고, 상기 실시 예 6 및 7에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 약 140 mV의 충전 전압을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 26, charging voltage (mV) with time was measured for each of the electric energy charging systems according to the fifth to seventh embodiments. As shown in FIG. 26, the charging system of electric energy according to the fifth embodiment shows a charging voltage of about 200 mV, and the charging system of electric energy according to the sixth and seventh embodiments shows a charging voltage of about 140 mV .
도 27은 본 발명의 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 특성을 나타내는 그래프이다. 27 is a graph showing characteristics of a charging system of electric energy according to
도 27을 참조하면, 상기 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템에 대해 시간에 따른 충전 전압(mV)을 측정하였다. 도 27에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 약 500 mV의 충전 전압을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예에 따른 전기 에너지의 충전 시스템 각각을 직렬 연결하는 경우, 향상된 충전 전압이 형성되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 27, charging voltage (mV) with time was measured for the electric energy charging system according to the eighth embodiment. As can be seen from FIG. 27, the charging system of the electric energy according to the eighth embodiment shows a charging voltage of about 500 mV. That is, it can be seen that when the charging systems of the electric energy according to the above embodiments are connected in series, an improved charging voltage is formed.
도 28은 본 발명의 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템의 충방전 특성을 나타내는 그래프이다. 28 is a graph showing charge / discharge characteristics of an electric energy charging system according to the eighth embodiment of the present invention.
도 28을 참조하면, 상기 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템을 준비하되, 350 μF의 capacitance를 갖는 에너지 저장부를 연결하여, 상기 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템으로부터 형성된 전기 에너지를 충전하였다. Referring to FIG. 28, an electric energy filling system according to the eighth embodiment is prepared, and an energy storage unit having a capacitance of 350 F is connected to charge the electric energy formed from the electric energy filling system according to the eighth embodiment. Respectively.
도 28에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 8에 따른 전기 에너지의 충전 시스템은 약 500 mV의 충전 전압을 형성한 후, 0 mV까지 방전되며, 다시 150 mV의 충전 전압을 형성하고 유지되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIG. 28, the charging system of the electric energy according to the eighth embodiment can form a charging voltage of about 500 mV, discharge to 0 mV, and again confirm that a charging voltage of 150 mV is formed and maintained there was.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
100: 제1 전극 섬유
200: 제2 전극 섬유
300: 전해질
400: 에너지 저장부
410: 스위치100: first electrode fiber
200: second electrode fiber
300: electrolyte
400: Energy storage unit
410: switch
Claims (14)
상기 제1 전극 섬유보다 꼬임수가 적은 제2 전극 섬유; 및
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유를 둘러싸는 전해질을 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
A first electrode fiber;
A second electrode fiber having a smaller twist than the first electrode fiber; And
And an electrolyte surrounding the first electrode fiber and the second electrode fiber.
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에 자가 전위차 (self-potential difference)가 생성되고, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차를 이용하여, 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 더 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein a self-potential difference is generated between the first electrode fiber and the second electrode fiber, and using the self-potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber, ≪ / RTI > further comprising an energy storage.
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 꼬임수 차이가 증가함에 따라, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차가 증가하는 것을 포함하는, 전기 에너지의 충전 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the self-potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber is increased as the number of kinks between the first electrode fiber and the second electrode fiber increases.
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유는, 일 방향으로 배열된 탄소나노튜브들을 포함하고,
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 중에서, 적어도 상기 제1 전극 섬유는, 상기 일 방향으로 배열된 탄소나노튜브들이 꼬인 것을 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode fiber and the second electrode fiber include carbon nanotubes arranged in one direction,
Wherein at least the first electrode fiber among the first electrode fiber and the second electrode fiber includes twisted carbon nanotubes arranged in the one direction.
상기 전해질은, 액체 전해질 또는 고체 전해질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the electrolyte comprises at least one of a liquid electrolyte and a solid electrolyte.
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유는 서로 꼬인 것을 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode fiber and the second electrode fiber are twisted together.
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 중에서 적어도 어느 하나는 고분자로 코팅된 것을 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein at least one of the first electrode fiber and the second electrode fiber is coated with a polymer.
상기 제1 및 제2 전극 섬유는, 각각 전극 시트(sheet)가 꼬인(twist) 것을 포함하고,
상기 꼬임수는, 상기 전극 시트(sheet)에 가해진 꼬임(twist) 횟수를 나타내는 것을 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second electrode fibers each comprise an electrode sheet twisted,
Wherein the number of twists is indicative of the number of twists applied to the electrode sheet.
상기 제1 전극 섬유, 제2 전극 섬유, 및 전해질은 하나의 유닛 모듈(unit module)을 이루고, 제1 내지 제3 유닛 모듈들이 직렬 연결되되,
상기 제1 유닛 모듈의 제2 전극 섬유 및 상기 제2 유닛 모듈의 제1 전극 섬유가 연결되고, 상기 제2 유닛 모듈의 제2 전극 섬유 및 상기 제3 유닛 모듈의 제1 전극 섬유가 연결되는 것을 포함하는 전기 에너지의 충전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode fiber, the second electrode fiber, and the electrolyte form a unit module, the first through third unit modules are connected in series,
The second electrode fibers of the first unit module and the first electrode fibers of the second unit module are connected and the second electrode fibers of the second unit module and the first electrode fibers of the third unit module are connected Comprising a charging system of electrical energy.
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차를 이용하여, 에너지 저장부에 전기 에너지가 저장되어, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이의 상기 자가 전위차가 소멸 되는 단계; 및
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계를 포함하는 전기 에너지의 충전 방법.
Generating a self-potential difference between the first electrode fibers and the second electrode fibers having a smaller twist than the first electrode fibers;
Wherein the electric energy is stored in the energy storage unit using the self potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber so that the self potential difference between the first electrode fiber and the second electrode fiber disappears ; And
Wherein the self-potential difference is regenerated between the first electrode fiber and the second electrode fiber.
상기 자가 전위차가 생성되는 단계는, 생성된 상기 자가 전위차에 의하여 제1 전압이 생성되고,
상기 자가 전위차가 재생성되는 단계는, 재생성된 상기 자가 전위차에 의하여 제2 전압이 생성되며,
상기 제1 전압의 크기 및 상기 제2 전압의 크기는 같은 것을 포함하는 전기 에너지의 충전 방법.
11. The method of claim 10,
The step of generating the self potential difference may include generating the first voltage by the generated self potential difference,
Wherein the self-potential difference is regenerated, a second voltage is generated by the regenerated self-potential difference,
Wherein the magnitude of the first voltage and the magnitude of the second voltage are the same.
상기 자가 전위차가 소멸되는 단계는,
상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유 사이에 충전 전류가 흐르도록, 상기 제1 전극 섬유 및 상기 제2 전극 섬유가 전기적으로 연결되는 단계; 및
상기 충전 전류를 이용하여, 상기 에너지 저장부에 전기 에너지가 저장되는 단계를 포함하는 전기 에너지의 충전 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the self-potential difference disappears,
The first electrode fiber and the second electrode fiber being electrically connected to each other so that a charging current flows between the first electrode fiber and the second electrode fiber; And
And storing electric energy in the energy storage unit using the charge current.
상기 자가 전위차가 소멸되는 단계, 및 상기 자가 전위차가 재생성되는 단계는 유닛 공정(unit process)을 이루고,
상기 유닛 공정은 복수회 반복되는 것을 포함하는 전기 에너지의 충전 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the self potential difference is extinguished, and the step of regenerating the self potential potential is a unit process,
Wherein the unit process is repeated a plurality of times.
상기 제1 비금속 섬유와 이격된 제2 비금속 섬유;
상기 제1 비금속 섬유 및 상기 제2 비금속 섬유를 둘러싸는 전해질을 포함하되,
상기 제1 비금속 섬유 및 상기 제2 비금속 섬유 사이에, 일정한 값의 자가 전위차(self-potential difference)가 제공되는 것을 포함하는 전기 에너지 충전 시스템.
A first non-metal fiber;
A second nonmetal fiber spaced apart from the first nonmetal fiber;
And an electrolyte surrounding the first non-metallic fiber and the second non-metallic fiber,
Wherein a constant value of self-potential difference is provided between said first non-metallic fiber and said second non-metallic fiber.
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