KR20220073070A - Energy harvester comprising debundled carbonnanotube yarn and method of preparing same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 포함하는 제1 전극; 제2 전극; 및 전해질;을 포함하고, 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 서로 꼬임을 형성한 것인 에너지 하베스터에 관한 것이다. 본 발명의 에너지 하베스터 및 그의 제조방법은 탄소나노튜브 번들 내부에 이온을 함입한 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 사용함으로써, 전위차를 극대화하여 에너지 하베스터의 성능이 향상이 향상되고, 싸이클 특성이 우수한 효과가 있다.The present invention provides a first electrode including a debundling carbon nanotube yarn; a second electrode; and an electrolyte, wherein the debundled carbon nanotube yarn includes carbon nanotubes, and the carbon nanotubes are twisted with each other. The energy harvester of the present invention and its manufacturing method use debundled carbon nanotube yarns impregnated with ions in the carbon nanotube bundle, thereby maximizing the potential difference to improve the performance of the energy harvester, and have excellent cycle characteristics there is

Description

디번들링된 탄소나노튜브 얀을 포함하는 에너지 하베스터 및 그의 제조방법{ENERGY HARVESTER COMPRISING DEBUNDLED CARBONNANOTUBE YARN AND METHOD OF PREPARING SAME}ENERGY HARVESTER COMPRISING DEBUNDLED CARBONNANOTUBE YARN AND METHOD OF PREPARING SAME TECHNICAL FIELD

본 발명은 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 포함하는 에너지 하베스터 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 사용함으로써, 에너지 하베스터의 성능이 향상된 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 포함하는 에너지 하베스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvester including debundled carbon nanotube yarns and a method for manufacturing the same, and more particularly, to debundled carbon nanotubes with improved energy harvester performance by using debundled carbon nanotube yarns. It relates to an energy harvester comprising a yarn and a method for manufacturing the same.

에너지 하베스팅(energy harvesting, 또는 에너지 수확 등으로도 지칭 가능함)은 소정의 방법으로 외부의 에너지를 수집하고 이를 전기 에너지로 변환하는 방법이나 기술을 의미한다. 또한 에너지 하베스터(energy harverster)는 이와 같은 에너지 하베스팅을 수행할 수 있는 전자 또는 기계 장치를 의미한다. 예를 들어, 에너지 하베스터는 태양 에너지나 인체의 운동에너지 등을 장치의 특성에 따라서 대응하는 전기 에너지로 변환하여 이용 또는 축적할 수 있다. Energy harvesting (also referred to as energy harvesting, or energy harvesting, etc.) refers to a method or technology that collects external energy in a predetermined method and converts it into electrical energy. Also, an energy harvester refers to an electronic or mechanical device capable of performing such energy harvesting. For example, the energy harvester may use or store solar energy or kinetic energy of a human body by converting it into electric energy corresponding to the characteristics of the device.

상기 에너지 하베스팅 기술은 화석 연료의 연소나 원자력 발전 등을 이용하지 않고도 에너지를 확보 가능하기 때문에 친환경 에너지 기술로 각광 받고 있다. 또한 근래에 다양한 물리 현상들을 이용하는 에너지 하베스팅 기술이 소개되고 있다. 예를 들어, 물체의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 획득(열전 효과)하는 기술, 압전 소자에 진동을 가하여 전기적 에너지를 획득(압전 효과)하는 기술, 태양열을 이용하여 전기적 에너지를 획득하는 기술 및/또는 마찰에 의해 정전기가 발생됨을 이용하여 전기적 에너지를 획득(마찰 전기 효과(Triboelectric effect))하는 기술 등이 소개되고 있다.The energy harvesting technology is spotlighted as an eco-friendly energy technology because it is possible to secure energy without using fossil fuel combustion or nuclear power generation. Also, recently, energy harvesting technology using various physical phenomena has been introduced. For example, a technology to obtain electrical energy using the temperature difference of an object (thermoelectric effect), a technology to obtain electrical energy by applying vibration to a piezoelectric element (piezoelectric effect), a technology to obtain electrical energy using solar heat, and A technique for obtaining electrical energy (triboelectric effect) by using/or generating static electricity by friction has been introduced.

대한민국 특허공개공보 제10-2018-0013549호Korean Patent Publication No. 10-2018-0013549 대한민국 특허공개공보 제10-2020-0024255호Korean Patent Publication No. 10-2020-0024255

본 발명의 목적은 탄소나노튜브 번들 내부에 이온을 함입한 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 사용함으로써, 전위차를 극대화하여 에너지 하베스터의 성능이 향상이 향상되고, 싸이클 특성이 우수한 에너지 하베스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to improve the performance of the energy harvester by maximizing the potential difference by using debundled carbon nanotube yarns impregnated with ions in the carbon nanotube bundle, and an energy harvester with excellent cycle characteristics and a method for manufacturing the same is to provide

또한 본 발명의 목적은 극한 환경에서 전기 에너지를 필요로 하는 산업 또는 웨어러블 산업에 활용 가능한 에너지 하베스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an energy harvester that can be used in an industry or a wearable industry that requires electrical energy in an extreme environment, and a method for manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 포함하는 제1 전극; 제2 전극; 및 전해질;을 포함하고, 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 서로 꼬임을 형성한 것인 에너지 하베스가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a first electrode comprising a debundling (debundling) carbon nanotube yarn (yarn); a second electrode; and an electrolyte, wherein the debundled carbon nanotube yarns include carbon nanotubes, and the carbon nanotubes are twisted with each other, and an energy harvest is provided.

또한 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 상기 꼬임(twisting)에 감김(coiling)이 추가된 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀일 수 있다.Also, the debundled carbon nanotube yarn may be a coil type debundled carbon nanotube yarn in which coiling is added to the twisting.

또한 상기 디번들링은 상기 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 번들 내부로 상기 전해질로부터 생성된 이온(ion)이 함입(intercalation)된 것일 수 있다.In addition, the debundling may be an intercalation of ions generated from the electrolyte into the carbon nanotube bundle including the carbon nanotubes.

또한 상기 이온이 Na+, K+, H+, Mg2+, Ca2+, Cl-, F-, Br-, I-, OH-, SO4 2-, PO4 3-, NO3 - 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the ions are Na + , K + , H + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , F - , Br - , I - , OH - , SO 4 2- , PO 4 3- , NO 3 - and It may include one or more selected from the group consisting of combinations thereof.

또한 상기 탄소나노튜브가 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT)를 포함할 수 있다.In addition, the carbon nanotube may include a multi-wall carbon nanotube (MWNT).

또한 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면 상에 각각 전기화학적 이중층(electrochemical double layer)을 형성할 수 있다.In addition, the first electrode and the second electrode may form an electrochemical double layer on the surfaces of the first electrode and the second electrode, respectively.

또한 상기 전해질이 HCl, H2SO4, HF, HBr, NaCl, KCl, NaOH, 유기전해질, 땀, 바닷물, 체액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte may include at least one selected from the group consisting of HCl, H 2 SO 4 , HF, HBr, NaCl, KCl, NaOH, organic electrolyte, sweat, sea water, body fluid, and combinations thereof.

또한 상기 전해질이 땀, 바닷물, 체액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte may include at least one selected from the group consisting of sweat, seawater, body fluids, and combinations thereof.

또한 상기 제2 전극이 백금, 금, 은, 구리, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the second electrode is platinum, gold, silver, copper, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and alloys thereof. It may include one or more selected from the group consisting of.

또한 상기 에너지 하베스터는 상기 제1 전극을 변형함(deformation)에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전위차(potential difference)가 유도될 수 있다.Also, in the energy harvester, a potential difference may be induced between the first electrode and the second electrode by deforming the first electrode.

또한 상기 변형이 인장변형(tensile deformation)일 수 있다.Also, the deformation may be a tensile deformation.

또한 상기 변형이 상기 감김(coiling)의 일부 또는 전부를 상기 꼬임(twisting)으로 전환시키는 것일 수 있다.The transformation may also be to convert some or all of the coiling to the twisting.

또한 상기 변형이 상기 전위차를 증가시키는 것일 수 있다.Also, the deformation may increase the potential difference.

또한 상기 에너지 하베스터가 상기 전위차를 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the energy harvester may further include an energy storage unit for storing electrical energy using the potential difference.

또한 상기 에너지 하베스터는 산화 환원 반응(redox reaction)이 일어나지 않는 것일 수 있다.In addition, the energy harvester may be one in which a redox reaction does not occur.

또한 상기 에너지 하베스터가 표준전극(reference electrode)인 제3 전극을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the energy harvester may further include a third electrode serving as a reference electrode.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 에너지 하베스터를 포함하는 웨어러블 전자소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wearable electronic device including the energy harvester.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 탄소나노튜브 포레스트(forest)로부터 탄소나노튜브 시트를 뽑는(drawing) 단계; (b) 상기 탄소나노튜브 시트 및 제2 전극을 전해질에 침지시키는 단계; 및 (c) 상기 전해질에 침지된 상기 탄소나노튜브 시트와 상기 제2 전극 사이에 전위차를 생성하면서 상기 탄소나노튜브 시트를 꼼(twisting)으로써 디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 포함하는 제1 전극을 제조하는 단계; 를 포함하고, 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 서로 꼬임을 형성한 것인 에너지 하베스터의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) drawing a carbon nanotube sheet from a carbon nanotube forest (drawing); (b) immersing the carbon nanotube sheet and the second electrode in an electrolyte; and (c) debundled carbon nanotube yarns by twisting the carbon nanotube sheet while generating a potential difference between the carbon nanotube sheet immersed in the electrolyte and the second electrode. manufacturing a first electrode comprising; Including, wherein the debundled carbon nanotube yarn includes carbon nanotubes, and the carbon nanotubes are twisted with each other to form an energy harvester manufacturing method is provided.

또한 상기 단계 (c)에서 상기 디번들링은 상기 전위차에 의해 상기 전해질로부터 생성된 이온(ion)을 차징(charging)하여 상기 탄소나노튜브를 포함하는 번들 내부로 상기 이온을 함입(intercalation)하는 것일 수 있다.In addition, the debundling in step (c) may be to charge the ions generated from the electrolyte by the potential difference and intercalate the ions into the bundle including the carbon nanotubes. have.

또한 상기 에너지 하베스터의 제조방법이 (d) 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 더 꼼(twisting)으로써 상기 꼼에 감김(coiling)이 추가된 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 제조하는 단계; 를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing the energy harvester (d) further twisting the debundled carbon nanotube yarn to obtain a coil type debundled carbon nanotube yarn in which coiling is added to the twist. manufacturing; may further include.

본 발명의 에너지 하베스터 및 그의 제조방법은 탄소나노튜브 번들 내부에 이온을 함입한 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 사용함으로써, 전위차를 극대화하여 에너지 하베스터의 성능이 향상이 향상되고, 싸이클 특성이 우수한 효과가 있다.The energy harvester of the present invention and its manufacturing method use debundled carbon nanotube yarns impregnated with ions in the carbon nanotube bundle, thereby maximizing the potential difference to improve the performance of the energy harvester, and have excellent cycle characteristics there is

또한 본 발명의 에너지 하베스터 및 그의 제조방법은 극한 환경에서 전기 에너지를 필요로 하는 산업 또는 웨어러블 산업에 활용 가능한 효과가 있다.In addition, the energy harvester and the method for manufacturing the same of the present invention have an effect that can be applied to an industry or a wearable industry that requires electrical energy in an extreme environment.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 하베스터의 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 하베스터를 포함하는 3전극 시스템의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 하베스터의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 사이클릭 볼타메트리(Cyclic voltammetry)에 관한 그래프이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 저항에 따른 피크 볼티지(peak voltage) 및 피크 전력(peak power)의 비교 그래프이다.
도 6a는 실시예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 싸이클에 따른 피크 전력(peak power), 평균 전력(average power), 싸이클 당 에너지(energy per cycle)를 나타내는 그래프이고, 도 6a는 비교예 1에 따른 시간에 따른 피크 전력(peak power)를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 인가전압에 따른 전기화학적 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 인가전압에 따른 에너지 하베스터 성능 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an energy harvester according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing the structure of a three-electrode system including an energy harvester according to the present invention.
3 is a schematic diagram showing the structure of an energy harvester according to the present invention.
4 is a graph relating to cyclic voltammetry of the energy harvesters prepared according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
5 is a comparison graph of peak voltage and peak power according to resistance of the energy harvester manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
6A is a graph showing peak power, average power, and energy per cycle according to the cycle of the energy harvester manufactured according to Example 1, and FIG. 6A is a graph showing Comparative Example 1 It is a graph showing peak power according to time.
7 is a graph showing changes in electrochemical properties according to an applied voltage of the energy harvesters prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. Referring to FIG.
8 is a graph illustrating changes in energy harvester performance according to applied voltages of energy harvesters manufactured according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. Referring to FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In addition, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. to be used below may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에,” "다른 구성요소 상에 형성되어," "다른 구성요소 상에 위치하여," 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어, 위치하여 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when it is stated that a certain component is “on another component,” “formed on another component,” “located on another component,” or “stacked on another component,” the It may be formed, positioned, or laminated by being directly attached to the front surface or one surface on the surface of other components, but it will be understood that other components may be further present in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 하베스터의 제조방법을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 에너지 하베스터를 포함하는 3전극 시스템의 구조를 나타낸 개략도이다. 이하, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 에너지 하베스터 및 그의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.1 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing an energy harvester according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a structure of a three-electrode system including an energy harvester according to the present invention. Hereinafter, an energy harvester of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .

본 발명은 디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 포함하는 제1 전극; 제2 전극; 및 전해질;을 포함하고, 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 서로 꼬임을 형성한 것인 에너지 하베스터를 제공한다.The present invention provides a first electrode including a debundling carbon nanotube yarn; a second electrode; and an electrolyte, wherein the debundled carbon nanotube yarn includes carbon nanotubes, and provides an energy harvester in which the carbon nanotubes are twisted with each other.

상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 상기 꼬임(twisting)에 감김(coiling)이 추가된 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀인 것일 수 있다.The debundled carbon nanotube yarn may be a coil type debundled carbon nanotube yarn in which coiling is added to the twisting.

상기 디번들링은 상기 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 번들 내부로 상기 전해질로부터 생성된 이온(ion)이 함입(intercalation)된 것일 수 있다.The debundling may be an intercalation of ions generated from the electrolyte into the carbon nanotube bundle including the carbon nanotubes.

상기 이온이 Na+, K+, H+, Mg2+, Ca2+, Cl-, F-, Br-, I-, OH-, SO4 2-, PO4 3-, NO3 - 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The ions are Na + , K + , H + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , F - , Br - , I - , OH - , SO 4 2- , PO 4 3- , NO 3 - and these It may include one or more selected from the group consisting of a combination of.

상기 탄소나노튜브가 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT)를 포함할 수 있다.The carbon nanotube may include a multi-wall carbon nanotube (MWNT).

상기 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT)의 직경이 1nm 내지 20nm 일 수 있고, 바람직하게는 5nm 내지 15nm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 7nm 내지 10nm일 수 있다.The multi-wall carbon nanotube (MWNT) may have a diameter of 1 nm to 20 nm, preferably 5 nm to 15 nm, and more preferably 7 nm to 10 nm.

상기 다중벽 탄소나노튜브(MWNT)의 직경이 1nm 미만이면 제조하기 어렵고, 20nm 초과이면 에너지 하베스터의 성능이 현저하게 떨어져 사용하기 바람직하지 않다. If the diameter of the multi-walled carbon nanotube (MWNT) is less than 1 nm, it is difficult to manufacture, and if it exceeds 20 nm, the performance of the energy harvester is remarkably deteriorated, which is not preferable for use.

상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면 상에 각각 전기화학적 이중층(electrochemical double layer)을 형성할 수 있다.The first electrode and the second electrode may form an electrochemical double layer on surfaces of the first electrode and the second electrode, respectively.

상기 전해질이 HCl, H2SO4, HF, HBr, NaCl, KCl, NaOH, 유기전해질, 땀, 바닷물, 체액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 유기전해질은 양이온으로 테트라에틸암모늄(TEA+), 테트라부틸암모늄(TBA+), 테트라헥실암모늄(THA+), 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움(EMI+), 1-부틸-3-메틸이미다졸리움(BMI+)를 사용하고, 음이온으로 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 헥사플루오로포스페이트(PF6 -), 비스(트리플루오로 메탄설포닐)이미드(TFSI-)를 사용하는 전해질을 포함할 수 있다.The electrolyte may include at least one selected from the group consisting of HCl, H 2 SO 4 , HF, HBr, NaCl, KCl, NaOH, organic electrolyte, sweat, sea water, body fluid, and combinations thereof, and the organic electrolyte is As cations, tetraethylammonium (TEA + ), tetrabutylammonium (TBA + ), tetrahexylammonium (THA + ), 1-ethyl-3-methyl-imidazolium (EMI + ), 1-butyl-3-methyl are Midazolium (BMI + ) is used, and tetrafluoroborate (BF 4 - ), hexafluorophosphate (PF 6 - ), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI - ) is used as an anion. It may contain an electrolyte.

상기 전해질이 땀, 바닷물, 체액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The electrolyte may include at least one selected from the group consisting of sweat, seawater, body fluids, and combinations thereof.

상기 전해질의 농도가 0.01M 내지 5M 일 수 있고, 바람직하게는 0.05 M 내지 1M일 수 있다.The concentration of the electrolyte may be 0.01M to 5M, preferably 0.05M to 1M.

상기 제2 전극이 백금, 금, 은, 구리, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 백금을 포함할 수 있다.The second electrode is made of platinum, gold, silver, copper, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and alloys thereof. It may include one or more selected from the group consisting of, and preferably includes platinum.

상기 에너지 하베스터는 상기 제1 전극을 변형함(deformation)에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전위차(potential difference)가 유도될 수 있다.In the energy harvester, a potential difference may be induced between the first electrode and the second electrode by deforming the first electrode.

상기 변형이 인장변형(tensile deformation)일 수 있다.The deformation may be a tensile deformation.

상기 변형이 상기 감김(coiling)의 일부 또는 전부를 상기 꼬임(twisting)으로 전환시키는 것일 수 있다.The transformation may be to convert some or all of the coiling to the twisting.

상기 변형이 상기 전위차를 증가시키는 것일 수 있다.The deformation may increase the potential difference.

상기 에너지 하베스터가 상기 전위차를 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다.The energy harvester may further include an energy storage unit for storing electrical energy using the potential difference.

상기 에너지 하베스터는 산화 환원 반응(redox reaction)이 일어나지 않는 것일 수 있다.The energy harvester may be one in which a redox reaction does not occur.

상기 에너지 하베스터가 표준전극(reference electrode)인 제3 전극을 추가로 포함할 수 있다.The energy harvester may further include a third electrode serving as a reference electrode.

도 2를 참조하면, 디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 작업전극(working electrode)으로, 높은 비표면적을 갖는 pt mesh/CNT buckypaper를 상대전극으로, Ag/AgCl을 수용성 표준전극으로 사용하고, 상기 작업전극, 상기 상대전극 및 상기 표준전극이 전해질에 침지된 3전극 또는 2전극 시스템의 전기화학 전지(electrochemical cell)를 구성할 수 있다. 상기 시스템에서 상기 작업전극에 기계적 인장 변형을 가하면, 상기 작업전극 내부의 축전용량이 변화함으로 인해 전기에너지가 생성된다. Referring to FIG. 2 , a debundling carbon nanotube yarn is used as a working electrode, pt mesh/CNT buckypaper having a high specific surface area is used as a counter electrode, and Ag/AgCl is used as a water-soluble standard electrode. and can constitute an electrochemical cell of a three-electrode or two-electrode system in which the working electrode, the counter electrode, and the standard electrode are immersed in an electrolyte. When mechanical tensile strain is applied to the working electrode in the system, electrical energy is generated due to a change in the capacitance inside the working electrode.

상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브 번들 내부로 상기 전해질로부터 생성된 이온(ion)이 함입(intercalation)되면서, 이온이 함입되지 않은 탄소나노튜브 얀(종래의 전극)보다 번들링(bundling) 정도가 줄어들어 내부구조가 변화하고, 이로 인해 인장되지 않은 상태(strain=0%)에서 전극의 축전용량이 더 커지게 된다. 또한 같은 기계적 변형을 가했을 때, 전기화학적 축전용량의 변화가 크며, 이에 따라 생성되는 전위차가 크고, 종래의 전극과 비교하여 더 높은 전기적 전력(power)를 생성한다. 또한 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 1000번 이상에 반복된 기계적 변형에도 크리프(creep)없이 하베스터 성능을 유지할 수 있다.In the debundled carbon nanotube yarn, as ions generated from the electrolyte are intercalated into the carbon nanotube bundle, bundling than the carbon nanotube yarn (conventional electrode) in which ions are not impregnated. As the degree of decrease decreases, the internal structure changes, which results in a larger capacitance of the electrode in an untensioned state (strain = 0%). In addition, when the same mechanical deformation is applied, the change in the electrochemical capacitance is large, and the potential difference generated accordingly is large, and a higher electrical power is generated compared to the conventional electrode. In addition, the debundled carbon nanotube yarn can maintain harvester performance without creep even after repeated mechanical deformation over 1000 times.

또한 본 발명은 에너지 하베스터를 포함하는 웨어러블 전자소자를 제공한다.The present invention also provides a wearable electronic device including an energy harvester.

또한 본 발명은 (a) 탄소나노튜브 포레스트(forest)로부터 탄소나노튜브 시트를 뽑는(drawing) 단계; (b) 상기 탄소나노튜브 시트 및 제2 전극을 전해질에 침지시키는 단계; 및 (c) 상기 전해질에 침지된 상기 탄소나노튜브 시트와 상기 제2 전극 사이에 전위차를 생성하면서 상기 탄소나노튜브 시트를 꼼(twisting)으로써 디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 포함하는 제1 전극을 제조하는 단계; 를 포함하고, 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 서로 꼬임을 형성한 것인 에너지 하베스터의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (a) drawing a carbon nanotube sheet from a carbon nanotube forest; (b) immersing the carbon nanotube sheet and the second electrode in an electrolyte; and (c) debundled carbon nanotube yarns by twisting the carbon nanotube sheet while generating a potential difference between the carbon nanotube sheet immersed in the electrolyte and the second electrode. manufacturing a first electrode comprising; Including, wherein the debundled carbon nanotube yarn includes carbon nanotubes, and provides a method for manufacturing an energy harvester in which the carbon nanotubes are twisted with each other.

상기 단계 (c)에서 상기 디번들링은 상기 전위차에 의해 상기 전해질로부터 생성된 이온(ion)을 차징(charging)하여 상기 탄소나노튜브를 포함하는 번들 내부로 상기 이온을 함입(intercalation)하는 것일 수 있다.The debundling in step (c) may be to charge ions generated from the electrolyte by the potential difference and intercalate the ions into the bundle including the carbon nanotubes. .

상기 단계 (c)에서 상기 전해질에 전압을 인가하여 상기 탄소나노튜브 시트와 상기 제2 전극 사이에 전위차를 생성할 수 있다.In step (c), a voltage may be applied to the electrolyte to generate a potential difference between the carbon nanotube sheet and the second electrode.

상기 전압은 -0.01V 내지 -1.0V 일 수 있고, 바람직하게는 -0.05V 내지 -0.8V일 수 있고, 더욱 바람직하게는 -0.1V 내지 -0.7V일 수 있다.The voltage may be -0.01V to -1.0V, preferably -0.05V to -0.8V, and more preferably -0.1V to -0.7V.

상기 전압이 -0.01V 미만이면, 탄소나노튜브 얀의 디번들링에 사용되는 전하량이 작아서 바람직하지 않고, -1.0V 초과이면 축전용량 변화비(capacitance change ratio)가 감소하기 때문에 에너지 하베스터의 성능이 저하되어 바람직하지 않다. When the voltage is less than -0.01V, the amount of charge used for debundling of the carbon nanotube yarn is small, which is not preferable, and when it exceeds -1.0V, the performance of the energy harvester decreases because the capacitance change ratio decreases. It is not desirable to become

또한 디번들링(debundling)되는 정도가 커질수록 축전용량(capacitance)이 증가할 수 있다.Also, as the degree of debundling increases, capacitance may increase.

상기 에너지 하베스터의 제조방법은 단계 (c) 이후에, 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 더 꼼(twisting)으로써 상기 꼼에 감김(coiling)이 추가된 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 제조하는 단계(d);를 추가로 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the energy harvester, after step (c), the debundled carbon nanotube yarn is further twisted by twisting the coil type debundled carbon nano It may further include; (d) for producing a tube yarn.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, this is for illustrative purposes, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[디번들링된 탄소나노튜브 얀(d-CNT yarn)을 포함하는 에너지 하베스터의 제조][Production of energy harvester including debundled carbon nanotube yarn (d-CNT yarn)]

실시예 1Example 1

구멍(mesh)의 크기가 가로 1mm, 세로 1mm인 백금 메쉬(Pt mesh)/ CNT buckypaper를 상대전극으로 사용하였다. Platinum mesh (Pt mesh)/CNT buckypaper having a mesh size of 1 mm in width and 1 mm in length was used as a counter electrode.

또한 도 1을 참조하면, 먼저 다중벽 탄소나노튜브 포레스트(spinnable MWNT forest)부터 다중벽 탄소나노튜브 시트(MWNT sheet, 밀도: 1.7 ug/cm2)를 뽑아 3겹을 겹치고, 상기 다중벽 탄소나노튜브 시트와 상기 상대전극을 전해질 0.1M HCl 침지시켜 이전극 시스템(2-electrode system)을 제조하였다. 다음으로, 상기 다중벽 탄소나노튜브 시트와 상기 상대전극 사이에 -0.2V 전압을 인가하면서, 상기 다중벽 탄소나노튜브 시트의 한쪽 끝을 모아 5g의 무게추를 달고 분당 120번 정도의 속도로 5분간 꼬아 직경이 8.2nm인 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 제조하였고, 상기 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 작업전극으로 사용하였다. 최종적으로 도 3의 구조와 같은 에너지 하베스터를 제조하였다.Also, referring to FIG. 1, first, a multi-walled carbon nanotube sheet (MWNT sheet, density: 1.7 ug/cm 2 ) is pulled from a multi-walled carbon nanotube forest (spinnable MWNT forest) and overlapped three times, and the multi-walled carbon nanotube The sheet and the counter electrode were immersed in 0.1M HCl electrolyte to prepare a two-electrode system. Next, while applying a -0.2V voltage between the multi-walled carbon nanotube sheet and the counter electrode, one end of the multi-walled carbon nanotube sheet is collected, a weight of 5 g is weighed, and 5 at a rate of about 120 times per minute. By twisting for minutes, a coil type debundled carbon nanotube yarn having a diameter of 8.2 nm was prepared, and the coil type debundled carbon nanotube yarn was used as a working electrode. Finally, an energy harvester having the structure of FIG. 3 was manufactured.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 -0.2V 전압을 인가하는 대신에 -0.4V 전압을 인가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에너지 하베스터를 제조하였다.An energy harvester was manufactured in the same manner as in Example 1, except for applying a -0.4V voltage instead of applying a -0.2V voltage in Example 1.

실시예 3Example 3

실시예 1에서 -0.2V 전압을 인가하는 대신에 -0.6V 전압을 인가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에너지 하베스터를 제조하였다.An energy harvester was manufactured in the same manner as in Example 1, except for applying a -0.6V voltage instead of applying a -0.2V voltage in Example 1.

[탄소나노튜브 얀(bare CNT yarn)을 포함하는 에너지 하베스터의 제조][Production of energy harvester including carbon nanotube yarn (bare CNT yarn)]

비교예 1Comparative Example 1

구멍(mesh)의 크기가 가로 1mm, 세로 1mm인 백금 메쉬(Pt mesh)/ CNT buckypaper를 상대전극으로 사용하였다. Platinum mesh (Pt mesh)/CNT buckypaper having a mesh size of 1 mm in width and 1 mm in length was used as a counter electrode.

또한 먼저 다중벽 탄소나노튜브 포레스트(spinnable MWNT forest)부터 다중벽 탄소나노튜브 시트(MWNT sheet)를 뽑고, 상기 다중벽 탄소나노튜브 시트의 한쪽 끝을 모아 5g의 무게추를 달고 분당 120번 정도의 속도로 5분간 꼬아 코일형 탄소나노튜브 얀(coiled CNT yarn)을 제조하였고, 상기 코일형 탄소나노튜브 얀(coiled CNT yarn)을 작업전극으로 사용하였다.In addition, first, a multi-walled carbon nanotube sheet (MWNT sheet) is pulled out from a multi-walled carbon nanotube forest (spinnable MWNT forest), one end of the multi-walled carbon nanotube sheet is collected, a weight of 5 g is added, and 120 times per minute. A coiled CNT yarn was prepared by twisting at a speed for 5 minutes, and the coiled CNT yarn was used as a working electrode.

이후 상기 상대전극 및 작업전극을 전해질 0.1M HCl에 침지시키고, 상기 상대전극 및 작업전극을 서로 연결하여 에너지 하베스터를 제조하였다.Then, the counter electrode and the working electrode were immersed in 0.1M HCl electrolyte, and the counter electrode and the working electrode were connected to each other to prepare an energy harvester.

[시험예] [Test Example]

시험예 1: 사이클릭 볼타메트리(Cyclic voltammetry) 분석Test Example 1: Cyclic voltammetry analysis

도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 사이클릭 볼타메트리(Cyclic voltammetry)에 관한 그래프이다.4 is a graph relating to cyclic voltammetry of the energy harvesters prepared according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

도 4에 따르면, bare CNT을 포함하는 비교예 1과 비교하여 d-CNT yarn을 포함하는 실시예 1은 0% strain에서 축전용량(capacitance)이 4.2 F/g에서 4.7 F/g으로 약 11.9 % 증가하는 경향을 보였다. 또한 30% strain을 가했을 때, 축전용량(capacitance)의 변화율은 38.7 %로, 비교예 1과 비교하여 증가한 경향을 보였다. 이는 코일 구조를 만드는 과정에서 이온이 탄소나노튜브 번들(CNT bundle) 내부로 함입(intercalation)되는 것으로 인해 상기 탄소나노튜브 번들이 디번들링(debundling)되고, 유효 표면적이 증가하여 중량에 의해 측정된 정전 용량(gravimetric capacitance)이 증가한 것으로 판단된다. According to FIG. 4, as compared with Comparative Example 1 including bare CNT, Example 1 including d-CNT yarn had a capacitance of about 11.9% from 4.2 F/g to 4.7 F/g at 0% strain. showed an increasing trend. In addition, when 30% strain was applied, the change rate of capacitance was 38.7%, which showed an increased tendency compared to Comparative Example 1. This is due to the intercalation of ions into the CNT bundle in the process of making the coil structure, debundling the carbon nanotube bundle, and increasing the effective surface area to increase the static electricity measured by weight It is considered that the gravimetric capacitance has increased.

시험예 2: 저항 특성 분석Test Example 2: Analysis of resistance characteristics

도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 저항에 따른 피크 볼티지(peak voltage) 및 피크 전력(peak power)의 비교 그래프이다. 5 is a comparison graph of peak voltage and peak power according to resistance of the energy harvester manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.

도 5를 참조하면, 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터 모두 400ohm에서 임피던스 정합(impedance matching)이 일어나며, 가장 높은 피크 전력(peak power)를 보이는 것을 확인했다. 실시예 1은 43.1 W/kg으로 비교예 1보다 향상된 피크 전력(peak power)를 나타냈다. 이러한 하베스팅 성능의 증가는 Q=CV 공식에 의거하여 축전 용량 변화(capacitance change)가 커져 전위차(dV)의 증가에 기인한 것으로 보인다. Referring to FIG. 5 , it was confirmed that both of the energy harvesters manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1 performed impedance matching at 400 ohm and exhibited the highest peak power. Example 1 exhibited an improved peak power (peak power) than Comparative Example 1 at 43.1 W/kg. This increase in harvesting performance seems to be due to an increase in the potential difference (dV) due to an increase in capacitance change based on the Q=CV formula.

시험예 3: 싸이클 특성 분석Test Example 3: Cycle Characterization

도 6a 및 6b는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 싸이클에 따른 특성을 분석한 그래프로, 임피던스 정합(impedance matching) 저항인 400 ohm, 1Hz sinusoidal strain 하에서 피크 전력(peak power), 평균 전력(average power), 싸이클 당 에너지(energy per cycle)를 나타냈다. 평균 전력(average power)는 하기 식 1에 따라 계산하였다. 6A and 6B are graphs analyzing characteristics according to cycles of energy harvesters manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1, and peak power under an impedance matching resistance of 400 ohm and 1 Hz sinusoidal strain. , average power, and energy per cycle. Average power was calculated according to Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
(R: impedance, V(t): Generated voltage)
Figure pat00001
(R: impedance, V(t): Generated voltage)

도 6a 및 6b를 참조하면, 1000 cycles 동안 반복적으로 30%의 기계적 변형을 가하여도 실시예 3에 따라 제조된 에너지 하베스터의 성능이 크리프(creep) 없이 유지되는 것을 확인할 수 있었다. -0.2V를 인가하여 제조한 실시예 1의 피크 전력은 43.1 W/kg으로 비교예 1에 비해 5% 증가된 값을 얻었다. 6A and 6B, it was confirmed that the performance of the energy harvester manufactured according to Example 3 was maintained without creep even when mechanical strain of 30% was repeatedly applied for 1000 cycles. The peak power of Example 1 prepared by applying -0.2V was 43.1 W/kg, and a value increased by 5% compared to Comparative Example 1 was obtained.

시험예 4: 인가전압에 따른 전기화학적 특성 변화 분석Test Example 4: Analysis of changes in electrochemical properties according to applied voltage

도 7은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 인가전압에 따른 전기화학적 특성 변화를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing changes in electrochemical properties according to an applied voltage of the energy harvesters prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. Referring to FIG.

도 7을 참조하면, 디번들링 탄소나노튜브 얀을 만드는데 필요한 적정 인가전압을 알 수 있었다. Referring to FIG. 7 , an appropriate applied voltage required to make the debundling carbon nanotube yarn was found.

시험예 5: 인가전압에 따른 에너지 하베스터 성능 변화 분석Test Example 5: Analysis of energy harvester performance change according to applied voltage

도 8은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 에너지 하베스터의 인가전압에 따른 에너지 하베스터 성능 변화를 나타낸 그래프이다.8 is a graph illustrating changes in energy harvester performance according to applied voltages of energy harvesters manufactured according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. Referring to FIG.

도 8을 참조하면, -0.2V 보다 큰 전압 하에서 제조된 실시예 2 및 3의 경우 축전용량 변화 비(capacitance change ratio)가 오히려 감소하기 때문에 성능이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 -0.2V의 전압 하에서 제조된 실시예 1에 따른 에너지 하베스트의 성능이 가장 최적화된 것임을 알 수 있었다. Referring to FIG. 8 , in the case of Examples 2 and 3 manufactured under a voltage greater than -0.2V, it was confirmed that the performance was deteriorated because the capacitance change ratio was rather decreased. Therefore, it can be seen that the performance of the energy harvest according to Example 1 prepared under a voltage of -0.2V is the most optimized.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or The present invention may be variously modified and changed by addition, etc., and this will also be included within the scope of the present invention. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (20)

디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 포함하는 제1 전극;
제2 전극; 및
전해질;을 포함하고,
상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 서로 꼬임을 형성한 것인 에너지 하베스터.
A first electrode including a debundling (debundling) carbon nanotube yarn (yarn);
a second electrode; and
electrolyte; including;
The debundled carbon nanotube yarn includes carbon nanotubes, and the carbon nanotubes are twisted to form an energy harvester.
제1항에 있어서,
상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 상기 꼬임(twisting)에 감김(coiling)이 추가된 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
According to claim 1,
The debundled carbon nanotube yarn is a coil type debundled carbon nanotube yarn in which a coiling is added to the twisting energy harvester.
제1항에 있어서,
상기 디번들링은 상기 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 번들 내부로 상기 전해질로부터 생성된 이온(ion)이 함입(intercalation)된 것임을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
According to claim 1,
The debundling is an energy harvester, characterized in that the ions (ions) generated from the electrolyte are intercalated into the carbon nanotube bundle including the carbon nanotubes.
제3항에 있어서,
상기 이온이 Na+, K+, H+, Mg2+, Ca2+, Cl-, F-, Br-, I-, OH-, SO4 2-, PO4 3-, NO3 - 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
4. The method of claim 3,
The ions are Na + , K + , H + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , F - , Br - , I - , OH - , SO 4 2- , PO 4 3- , NO 3 - and these An energy harvester comprising at least one selected from the group consisting of a combination of
제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브가 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
The method of claim 1,
The energy harvester, characterized in that the carbon nanotube comprises a multi-wall carbon nanotube (MWNT).
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면 상에 각각 전기화학적 이중층(electrochemical double layer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
According to claim 1,
wherein the first electrode and the second electrode form an electrochemical double layer on the surfaces of the first electrode and the second electrode, respectively.
제1항에 있어서,
상기 전해질이 HCl, H2SO4, HF, HBr, NaCl, KCl, NaOH, 유기전해질, 땀, 바닷물, 체액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
According to claim 1,
The electrolyte comprises at least one selected from the group consisting of HCl, H 2 SO 4 , HF, HBr, NaCl, KCl, NaOH, organic electrolyte, sweat, seawater, body fluid, and combinations thereof.
제7항에 있어서,
상기 전해질이 땀, 바닷물, 체액 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
8. The method of claim 7,
The energy harvester, characterized in that the electrolyte comprises at least one selected from the group consisting of sweat, sea water, body fluids and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 제2 전극이 백금, 금, 은, 구리, 팔라듐, 니켈, 인듐, 알루미늄, 철, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 아연, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
The method of claim 1,
The second electrode is made of platinum, gold, silver, copper, palladium, nickel, indium, aluminum, iron, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, zinc, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and alloys thereof. An energy harvester comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 에너지 하베스터는 상기 제1 전극을 변형함(deformation)에 의해 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전위차(potential difference)가 유도되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
The method of claim 1,
In the energy harvester, a potential difference is induced between the first electrode and the second electrode by deforming the first electrode.
제10항에 있어서,
상기 변형이 인장변형(tensile deformation)인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
11. The method of claim 10,
The energy harvester, characterized in that the deformation is a tensile deformation (tensile deformation).
제10항에 있어서,
상기 변형이 상기 감김(coiling)의 일부 또는 전부를 상기 꼬임(twisting)으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
11. The method of claim 10,
wherein said deformation converts some or all of said coiling into said twisting.
제12항에 있어서,
상기 변형이 상기 전위차를 증가시키는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
13. The method of claim 12,
wherein said deformation increases said potential difference.
제10항에 있어서,
상기 에너지 하베스터가 상기 전위차를 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
11. The method of claim 10,
The energy harvester, characterized in that the energy harvester further comprises an energy storage unit for storing electrical energy using the potential difference.
제1항에 있어서,
상기 에너지 하베스터는 산화 환원 반응(redox reaction)이 일어나지 않는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
The method of claim 1,
The energy harvester is an energy harvester, characterized in that the redox reaction (redox reaction) does not occur.
제1항에 있어서,
상기 에너지 하베스터가 표준전극(reference electrode)인 제3 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.
According to claim 1,
The energy harvester, characterized in that the energy harvester further comprises a third electrode that is a reference electrode (reference electrode).
제1항에 따른 에너지 하베스터를 포함하는 웨어러블 전자소자.A wearable electronic device comprising the energy harvester according to claim 1 . (a) 탄소나노튜브 포레스트(forest)로부터 탄소나노튜브 시트를 뽑는(drawing) 단계;
(b) 상기 탄소나노튜브 시트 및 제2 전극을 전해질에 침지시키는 단계; 및
(c) 상기 전해질에 침지된 상기 탄소나노튜브 시트와 상기 제2 전극 사이에 전위차를 생성하면서 상기 탄소나노튜브 시트를 꼼(twisting)으로써 디번들링(debundling)된 탄소나노튜브 얀(yarn)을 포함하는 제1 전극을 제조하는 단계; 를 포함하고,
상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀은 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 서로 꼬임을 형성한 것인 에너지 하베스터의 제조방법.
(a) drawing a carbon nanotube sheet from a carbon nanotube forest;
(b) immersing the carbon nanotube sheet and the second electrode in an electrolyte; and
(c) carbon nanotube yarn debundled by twisting the carbon nanotube sheet while generating a potential difference between the carbon nanotube sheet immersed in the electrolyte and the second electrode; manufacturing a first electrode to including,
The debundled carbon nanotube yarn includes carbon nanotubes, and the carbon nanotubes are twisted with each other.
제18항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 상기 디번들링은 상기 전위차에 의해 상기 전해질로부터 생성된 이온(ion)을 차징(charging)하여 상기 탄소나노튜브를 포함하는 번들 내부로 상기 이온을 함입(intercalation)하는 것임을 특징으로 하는 에너지 하베스터의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The debundling in step (c) is characterized in that by charging the ions generated from the electrolyte by the potential difference, the ions are intercalated into the bundle including the carbon nanotubes. A method for manufacturing an energy harvester.
제18항에 있어서,
상기 에너지 하베스터의 제조방법이
(d) 상기 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 더 꼼(twisting)으로써 상기 꼼에 감김(coiling)이 추가된 코일형(coil type) 디번들링된 탄소나노튜브 얀을 제조하는 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The method of manufacturing the energy harvester is
(d) further twisting the debundled carbon nanotube yarn to prepare a coil-type debundled carbon nanotube yarn in which coiling is added to the twist; Method of manufacturing an energy harvester, characterized in that it further comprises.
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