KR20220116770A - Self charging energy harvester and self charging method of using same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자가충전 에너지 하베스터 및 그를 이용한 자가충전방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자가충전하여 에너지를 생성할 수 있는 자가충전 에너지 하베스터 및 그를 이용한 자가충전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a self-charging energy harvester and a self-charging method using the same, and more particularly, to a self-charging energy harvester capable of generating energy by self-charging and a self-charging method using the same.
최근 화석 에너지의 고갈, 환경오염, 늘어나는 에너지 수요량 등의 문제가 대두됨에 따라 기존 에너지 발전 시스템에서 벗어난 대체 에너지 개발이 요구되고 있다.Recently, as problems such as depletion of fossil energy, environmental pollution, and increasing energy demand arise, there is a need to develop alternative energy that is out of the existing energy generation system.
이에 따라, 대체 에너지 개발 기술로서 우리 주변에 존재하는 버려지는 에너지를 유용한 전기 에너지로 변환하는 에너지 수확(energy harvesting)에 대한 관심이 높아지고 있으며, 그 중에서도 접촉을 통하여 정전기를 유도하는 원리로 동력학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 소자에 대한 연구가 다각도로 이루어지고 있다.Accordingly, interest in energy harvesting that converts wasted energy around us into useful electrical energy as an alternative energy development technology is increasing. Studies on devices that convert energy into electrical energy are being conducted from various angles.
전자기유도 현상이 발견된 이후, 마찰에 의해 형성되는 정전기를 이용하여 전기를 생산하는 기술에 적용하고자 하는 노력이 이어지고 있으며, 그 결과 2012년 미국 조지아 공대 연구팀은 최초로 마찰 발전기를 개발하였다. 그러나, 상기 마찰 발전기는 출력 전류 및 송출 파워가 낮아 실질적으로 상용화가 어려운 문제가 있었다.After the discovery of the electromagnetic induction phenomenon, efforts have been made to apply it to a technology that produces electricity using static electricity formed by friction. However, the friction generator has a problem in that it is practically difficult to commercialize due to low output current and transmission power.
이에, 최근 마찰전기 발전기의 마찰면에 3차원 마이크로-나노 패터닝, 나노와이어 구조체 형성, 나노 입자 형성 등을 도입하여 마찰전기 발전기의 단락전류 밀도 및 전력효율을 향상시킨 기술이 발표되었다. Accordingly, recently, a technique for improving the short-circuit current density and power efficiency of a triboelectric generator by introducing three-dimensional micro-nano patterning, nanowire structure formation, nanoparticle formation, etc. to the friction surface of a triboelectric generator was announced.
그러나, 상기 기술은 전기 에너지를 얻기 위해서 다른 종류의 에너지 예를 들어 기계적 변형 등이 필요한 문제점이 있었다. However, the above technique has a problem in that other types of energy, for example, mechanical deformation, are required to obtain electrical energy.
본 발명의 목적은 외부 에너지원이 필요 없이 스스로 전기 에너지를 생성하여 언제 어디서든 사용 가능한 자가충전 에너지 하베스터 및 그를 이용한 자가충전방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a self-charging energy harvester that can be used anytime and anywhere by generating electric energy by itself without the need for an external energy source, and a self-charging method using the same.
또한 본 발명이 다른 목적은 자가 전위차가 소멸된 후 스스로 재생성되는 자가충전 에너지 하베스터 및 그를 이용한 자가충전방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a self-charging energy harvester that regenerates itself after the self-potential difference is extinguished and a self-charging method using the same.
또한 본 발명의 다른 목적은 웨어러블 산업에 활용 가능한 자가충전 에너지 하베스터 및 그를 이용한 자가충전방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a self-charging energy harvester usable in the wearable industry and a self-charging method using the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질을 포함하는 제1 전극; 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질을 포함하는 제2 전극; 및 전해질;을 포함하고, 상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질은 상기 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질과 서로 다른 자가전위(self-potential)를 갖는 것인 자가충전 에너지 하베스터 가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a first electrode including a first conductive material or a first non-conductive material; a second electrode comprising a second conductive material or a second non-conductive material; and an electrolyte, wherein the first conductive material or the first non-conductive material has a different self-potential from the second conductive material or the second non-conductive material. do.
또한 상기 제1 전극 및 제2 전극이 각각 상기 전해질 내에서 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면에 전기화학 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 in the electrolyte, respectively.
또한 상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질이 상기 제2 전도성 물질 또는 상기 제2 비전도성 물질과 서로 다른 종류의 물질일 수 있다.Also, the first conductive material or the first non-conductive material may be a different type of material from the second conductive material or the second non-conductive material.
또한 상기 자가충전 에너지 하베스터가 상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질과 상기 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질 사이에 자가 전위차(self-potential difference)가 생성될 수 있다.In addition, the self-charge energy harvester may generate a self-potential difference between the first conductive material or the first non-conductive material and the second conductive material or the second non-conductive material.
또한 상기 자가충전 에너지 하베스터가 상기 자가 전위차를 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the self-charging energy harvester may further include an energy storage unit for storing electrical energy using the self-potential difference.
또한 상기 자가충전 에너지 하베스터는 산화 환원 반응(redox reaction)이 일어나지 않는 것일 수 있다.In addition, the self-charging energy harvester may be one in which a redox reaction does not occur.
또한 상기 자가충전 에너지 하베스터가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결(short)하거나 절연(open)하는 스위치를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the self-charging energy harvester may further include a switch that electrically connects (short) or insulates (open) the first electrode and the second electrode.
또한 상기 전해질이 액체 전해질 또는 고체 전해질일 수 있다.Also, the electrolyte may be a liquid electrolyte or a solid electrolyte.
또한 상기 전해질이 액체 전해질이고, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 각각 상기 액체 전해질에 침지될 수 있다.In addition, the electrolyte may be a liquid electrolyte, and the first electrode and the second electrode may be immersed in the liquid electrolyte, respectively.
또한 상기 전해질이 고체 전해질이고, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면 상에 각각 상기 고체 전해질이 위치할 수 있다.In addition, the electrolyte may be a solid electrolyte, and the solid electrolyte may be positioned on the surfaces of the first electrode and the second electrode, respectively.
또한 상기 자가충전 에너지 하베스터가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 분리막을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the self-charging energy harvester may further include a separator between the first electrode and the second electrode.
또한 상기 제1 전도성 물질 및 상기 제2 전도성 물질이 각각 금속, 금속산화물, 탄소계 물질, 전도성 무기물, 전도성 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제1 전도성 물질의 자가전위 값은 제2 전도성 물질의 자가전위 값과 서로 다를 수 있다.In addition, each of the first conductive material and the second conductive material includes at least one selected from the group consisting of a metal, a metal oxide, a carbon-based material, a conductive inorganic material, a conductive polymer, and combinations thereof, The autopotential value may be different from the autopotential value of the second conductive material.
또한 상기 제1 전도성 물질이 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 전도성 물질이 제2 금속을 포함하고, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 서로 다른 종류의 금속일 수 있다.In addition, the first conductive material may include a first metal, the second conductive material may include a second metal, and the first metal and the second metal may be different types of metal.
또한 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속이 각각 독립적으로 금, 은, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the first metal and the second metal are each independently gold, silver, platinum, palladium, nickel, indium, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and alloys thereof. It may include one or more selected from the group consisting of.
또한 상기 제1 전도성 물질이 제1 카본나노튜브 얀을 포함하고, 상기 제2 전도성 물질이 제2 카본나노튜브 얀을 포함하고, 상기 제1 카본나노튜브 얀 및 상기 제2 카본나노튜브 얀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 내부에 그래핀, 그래핀옥사이드, 플러렌, 그래파이트, 활성탄 (Activated carbon), 은, 백금, 금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the first conductive material includes a first carbon nanotube yarn, the second conductive material includes a second carbon nanotube yarn, and the first conductive material includes the first carbon nanotube yarn and the second carbon nanotube yarn. At least one selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, fullerene, graphite, activated carbon, silver, platinum, gold, and combinations thereof may be further included in one or more selected from the group .
또한 상기 제1 전도성 물질이 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 전도성 물질이 전도성 고분자를 포함할 수 있다.In addition, the first conductive material may include a first metal, and the second conductive material may include a conductive polymer.
또한 상기 전도성 고분자가 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 술포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PSS), 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(poly(diallyldimethylammonium choloride, PDDA), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리파라페닐렌, 폴리(3,4-에틸렌이옥시티오펜), 폴리페닐렌설파이드, 폴리파라-페닐렌비닐렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.In addition, the conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PSS), poly(diallyldimethylammonium choloride, PDDA), polyaniline (polyaniline), polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenylene, poly(3,4-ethyleneiooxythiophene), polyphenylenesulfide, polypara-phenylenevinylene, and combinations thereof. It may include one selected type.
또한 상기 전해질이 염화수소(HCl), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(Tetrabutylammonium hexafluorophosphate, TBAPF6) 및 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate, PC)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte is hydrogen chloride (HCl), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), tetrabutylammonium hexafluorophosphate (Tetrabutylammonium hexafluorophosphate, TBAPF6) and propylene carbonate (Propylene carbonate, PC) at least one selected from the group consisting of may include
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 복수개의 상기 자가충전 에너지 하베스터가 직렬 또는 병렬로 연결된 자가충전 에너지 하베스터 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a self-charging energy harvester system in which a plurality of self-charging energy harvesters are connected in series or in parallel.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 자가충전 에너지 하베스터를 사용하여 전기에너지를 충전하는 방법이고, (a) 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 절연(open)하여 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 자가 전위차를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 연결(short)하고 상기 자가 전위차를 이용하여 에너지 저장부에 전기에너지를 저장하고 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계;를 포함하는 에너지 하베스터를 이용한 자가충전방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of charging electric energy using the self-charging energy harvester, (a) electrically insulating the first electrode and the second electrode to open the first electrode and the second electrode generating a self-potential difference between the electrodes; and (b) electrically shorting the first electrode and the second electrode, storing electric energy in an energy storage unit using the self-potential difference, and dissipating the self-potential difference. A self-charging method is provided.
또한 상기 자가충전방법이 (c) 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 다시 절연(open)하여 상기 자가 전위차를 다시 생성시키는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.Also, the self-charging method may further include (c) re-generating the self-potential difference by electrically insulating the first electrode and the second electrode again.
본 발명의 자가충전 에너지 하베스터는 외부 에너지원이 필요 없이 스스로 전기 에너지를 생성하여 언제 어디서든 사용 가능한 효과가 있다.The self-charging energy harvester of the present invention has the effect that it can be used anytime, anywhere by generating electric energy by itself without the need for an external energy source.
또한 본 발명의 자가충전 에너지 하베스터는 자가 전위차가 소멸된 후 스스로 재생성되는 효과가 있다.In addition, the self-charging energy harvester of the present invention has an effect of regenerating itself after the self-potential difference is extinguished.
또한 본 발명의 자가충전 에너지 하베스터는 웨어러블 산업에 활용 가능한 효과가 있다.In addition, the self-charging energy harvester of the present invention has an effect that can be used in the wearable industry.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자가충전 에너지 하베스터의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 자가충전 에너지 하베스터의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3은 2개의 전극을 액체 전해질에 침지시키고, 오픈(open) 조건(3, 4) 및 쇼트(short) 조건(1, 2)에서의 Potential(V vs. Ag/AgCl) 및 Charge(Q)를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 5는 Carbon nanotube yarn을 제조하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터의 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터의 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 2 및 4에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터의 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 2 및 4에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터 2개를 직렬연결 했을 때, 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 5에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터 시스템을 사용한 슈퍼 커패시터 충전 실험 결과이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a self-charging energy harvester according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing the structure of a self-charging energy harvester according to another embodiment of the present invention.
3 shows two electrodes immersed in a liquid electrolyte, Potential (V vs. Ag/AgCl) and Charge (Q) in open conditions (3, 4) and short conditions (1,2) is a graph showing
4 is a schematic diagram showing the structure of a self-charging energy harvester manufactured according to Example 1.
5 is a schematic view showing a process of manufacturing a carbon nanotube yarn.
6 is a graph showing the potential difference according to time of the self-charging energy harvester manufactured according to Example 1. Referring to FIG.
7 is a graph showing the potential difference according to time of the self-charging energy harvester manufactured according to Example 2. Referring to FIG.
8 is a graph showing the potential difference with time of the self-charging energy harvester manufactured according to Examples 2 and 4;
9 is a graph showing the potential difference over time when two self-charging energy harvesters manufactured according to Examples 2 and 4 are connected in series;
10 is a supercapacitor charging test result using the self-charging energy harvester system manufactured according to Example 5;
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 hereinafter 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.In addition, when it is mentioned that a 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 is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 자가충전 에너지 하베스터의 구조를 나타낸 개략도이다. 이하, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 자가충전 에너지 하베스터에 대해 설명하도록 한다.1 and 2 are schematic views showing the structure of a self-charging energy harvester according to an embodiment of the present invention, respectively. Hereinafter, the self-charging energy harvester of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .
본 발명은 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질을 포함하는 제1 전극(100); 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질을 포함하는 제2 전극(200); 및 전해질(300);을 포함하고, 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질은 상기 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질과 서로 다른 자가전위(self-potential)를 갖는 것인 자가충전 에너지 하베스터(10)를 제공한다.The present invention provides a
상기 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)이 각각 상기 전해질(300) 내에서 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면에 각각 전기화학 이중층(electrochemical double layer)을 형성할 수 있다.The
상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질이 상기 제2 전도성 물질 또는 상기 제2 비전도성 물질과 서로 다른 종류의 물질일 수 있다.The first conductive material or the first non-conductive material may be a different type of material from the second conductive material or the second non-conductive material.
상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질과 상기 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질 사이에 자가 전위차(self-potential difference)가 생성될 수 있다.A self-potential difference may be generated between the first conductive material or the first non-conductive material and the second conductive material or the second non-conductive material.
상기 자가충전 에너지 하베스터(10)는 상기 자가 전위차를 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부(400)를 추가로 포함할 수 있다.The self-charging
상기 자가충전 에너지 하베스터(10)는 산화 환원 반응(redox reaction)이 일어나지 않는 것일 수 있다.The self-charging
상기 자가충전 에너지 하베스터(10)는 상기 제1 전극(100)과 상기 제2 전극(200)을 전기적으로 연결(short)하거나 절연(open)하는 스위치(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.The self-charging
상기 전해질(300)은 액체 전해질(310) 또는 고체 전해질(320)일 수 있다.The
도 1을 참조하면, 상기 전해질(300)은 액체 전해질(310)이고, 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)이 각각 상기 액체 전해질(310)에 침지될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
도 3은 2개의 전극을 액체 전해질에 침지시키고, 오픈(open) 및 쇼트(short) 조건에서의 Potential(V vs. Ag/AgCl) 및 Charge(Q)를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 주황색으로 표시된 전극과 파란색으로 표시된 전극을 전해질에 넣으면 각각 고유의 electrochemical double layer에 의해서 자기 고유의 전위와 전하를 가지게 된다. 쇼트를 내면(1,2) 전위차에 전하가 흐르며 두 물질은 평형을 이루게 된다. 오픈을 하게 되면(3,4) 각각 고유의 electrochemical double layer를 형성하려는 힘에 의해서 자기 고유의 전위와 전하를 가지기 위해 이동하게 된다.3 is a graph showing Potential (V vs. Ag/AgCl) and Charge (Q) in open and short conditions by immersing two electrodes in a liquid electrolyte. Referring to FIG. 3 , when an electrode indicated in orange and an electrode indicated in blue are put into an electrolyte, they each have their own potential and electric charge due to their own electrochemical double layer. When a short circuit is made (1,2), an electric charge flows through the potential difference, and the two materials are in equilibrium. When opened (3,4), each moves to have its own potential and electric charge by the force to form its own electrochemical double layer.
도 2를 참조하면, 상기 전해질(300)은 고체 전해질(320)이고, 상기 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)의 표면 상에 각각 상기 고체 전해질(320)이 위치할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
상기 자가충전 에너지 하베스터(10)는 상기 제1 전극(100)과 상기 제2 전극(200) 사이에 분리막(500)을 추가로 포함할 수 있다.The self-charging
상기 제1 전도성 물질 및 상기 제2 전도성 물질은 각각 금속, 금속산화물, 탄소계 물질, 전도성 무기물, 전도성 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 제1 전도성 물질의 자가전위 값은 제2 전도성 물질의 자가전위 값과 서로 다를 수 있다.The first conductive material and the second conductive material each include at least one selected from the group consisting of a metal, a metal oxide, a carbon-based material, a conductive inorganic material, a conductive polymer, and combinations thereof, The potential value may be different from the autopotential value of the second conductive material.
상기 금속산화물은 리튬 코발트 산화물(LCO, Lithium Cobalt Oxide), 리튬 망간 산화물(LMO, Lithium Manganese Oxide), 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC, Lithium Nickel Manganese Cobalt oxide), 산화주석(SnO2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The metal oxide is lithium cobalt oxide (LCO, Lithium Cobalt Oxide), lithium manganese oxide (LMO, Lithium Manganese Oxide), lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC, Lithium Nickel Manganese Cobalt oxide), a group consisting of tin oxide (SnO 2 ) It may include one or more selected from.
상기 탄소계 물질은 카본나노튜브, 그라파이트 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The carbon-based material may include at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, graphite, and graphene.
상기 제1 비전도성 물질 및 제2 비전도성 물질이 실리콘, 그래핀 옥사이드, 이황화 몰리브덴, 바나듐 옥사이드, 질화 붕소 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The first non-conductive material and the second non-conductive material may include at least one selected from the group consisting of silicon, graphene oxide, molybdenum disulfide, vanadium oxide, boron nitride, and the like.
상기 제1 비전도성 물질 및 제2 비전도성 물질은 에너지가 이동할 수 있는 집전체(current collector)와 함께 사용한다면, 상기 제1 전극 및 제2 전극으로 사용할 수 있다.The first non-conductive material and the second non-conductive material may be used as the first electrode and the second electrode when used together with a current collector through which energy can move.
상기 제1 전도성 물질은 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 전도성 물질은 제2 금속을 포함하고, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 서로 다른 종류의 금속일 수 있다.The first conductive material may include a first metal, the second conductive material may include a second metal, and the first metal and the second metal may be different types of metal.
상기 제1 금속 및 상기 제2 금속이 각각 독립적으로 금, 은, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속은 각각 상기 전해질에 대하여 산화 환원이 일어나지 않는 금속을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속은 각각 백금 및 금을 포함할 수 있다. The first metal and the second metal are each independently gold, silver, platinum, palladium, nickel, indium, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and alloys thereof. It may include at least one selected from the group consisting of The metal and the second metal may include platinum and gold, respectively.
상기 제1 전도성 물질이 제1 카본나노튜브 얀을 포함하고, 상기 제2 전도성 물질이 제2 카본나노튜브 얀을 포함하고, 상기 제1 카본나노튜브 얀 및 상기 제2 카본나노튜브 얀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 내부에 그래핀, 그래핀옥사이드, 플러렌, 그래파이트, 활성탄 (Activated carbon), 은, 백금, 금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.the group consisting of the first conductive material including a first carbon nanotube yarn, the second conductive material including a second carbon nanotube yarn, and the first carbon nanotube yarn and the second carbon nanotube yarn One or more selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, fullerene, graphite, activated carbon, silver, platinum, gold, and combinations thereof may be further included in one or more selected from.
상기 제1 전도성 물질은 제1 금속을 포함하고, 상기 제2 전도성 물질은 전도성 고분자를 포함할 수 있다.The first conductive material may include a first metal, and the second conductive material may include a conductive polymer.
상기 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 술포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PSS), 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(poly(diallyldimethylammonium choloride, PDDA), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리파라페닐렌, 폴리(3,4-에틸렌이옥시티오펜), 폴리페닐렌설파이드, 폴리파라-페닐렌비닐렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.The conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PSS), poly(diallyldimethylammonium choloride, PDDA), polyaniline ( polyaniline), polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenylene, poly(3,4-ethylene oxythiophene), polyphenylenesulfide, polypara-phenylenevinylene, and combinations thereof. It may contain one type.
상기 전해질은 염화수소(HCl), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl), 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(Tetrabutylammonium hexafluorophosphate, TBAPF6) 및 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate, PC)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The electrolyte includes at least one selected from the group consisting of hydrogen chloride (HCl), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF6) and propylene carbonate (PC) can do.
또한 본 발명은 복수개의 상기 자가충전 에너지 하베스터가 직렬 또는 병렬로 연결된 자가충전 에너지 하베스터 시스템을 제공한다.The present invention also provides a self-charging energy harvester system in which a plurality of the self-charging energy harvesters are connected in series or in parallel.
이하, 본 발명의 자가충전 에너지 하베스터를 이용한 자가충전방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a self-charging method using the self-charging energy harvester of the present invention will be described.
본 발명의 자가충전방법은 상기 자가충전 에너지 하베스터를 사용하여 전기에너지를 충전하는 방법이고, (a) 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 절연(open)하여 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 자가 전위차를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 연결(short)하고 상기 자가 전위차를 이용하여 에너지 저장부에 전기에너지를 저장하고 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계;를 포함할 수 있다.The self-charging method of the present invention is a method of charging electric energy using the self-charging energy harvester, (a) between the first electrode and the second electrode by electrically insulating the first electrode and the second electrode generating a self-potential difference in and (b) electrically shorting the first electrode and the second electrode, storing electrical energy in an energy storage unit using the self-potential difference, and dissipating the self-potential difference.
또한 상기 자가충전방법은 (c) 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 다시 절연(open)하여 상기 자가 전위차를 다시 생성시키는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.Also, the self-charging method may further include (c) re-generating the self-potential difference by electrically insulating the first electrode and the second electrode again.
[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 thereby.
실시예 1: 상대전극으로 Pt mesh, 작업전극으로 gold mesh를 포함하는 자가충전 에너지 하베스터의 제조Example 1: Preparation of self-charging energy harvester containing Pt mesh as a counter electrode and gold mesh as a working electrode
상대전극counter electrode
형성된 구멍(mesh)의 크기가 가로 1mm, 세로 1mm인 백금 메쉬(Pt mesh)를 상대전극으로 사용하였다. A platinum mesh (Pt mesh) having a size of 1 mm in width and 1 mm in length of the formed mesh was used as a counter electrode.
작업전극working electrode
형성된 구멍(mesh)의 크기가 가로 1mm, 세로 1mm인 금 메쉬(gold mesh)를 작업전극으로 사용하였다. A gold mesh having a size of 1 mm in width and 1 mm in length of the formed mesh was used as a working electrode.
자가충전 에너지 하베스터self-charging energy harvester
도 4를 참조하면, 상기 상대전극 및 작업전극을 0.1M HCl에 침지시키고, open-short 스위치를 통해 상기 상대전극과 작업전극을 서로 연결하여 자가충전 에너지 하베스터를 제조하였다.Referring to FIG. 4 , the counter electrode and the working electrode were immersed in 0.1 M HCl, and the counter electrode and the working electrode were connected to each other through an open-short switch to prepare a self-charging energy harvester.
실시예 2: 작업전극으로 silver nanorod를 포함하는 CNT yarn, 상대전극으로 RGO를 포함하는 CNT yarn을 포함하는 자가충전 에너지 하베스터(SAMPLE 1)의 제조Example 2: Preparation of self-charging energy harvester (SAMPLE 1) including CNT yarn containing silver nanorod as a working electrode and CNT yarn containing RGO as a counter electrode
작업전극working electrode
도 5를 참조하면, 먼저 Spinnable carbon nanotube(CNT) forest부터 CNT sheet 3장을 뽑고, 3장의 CNT sheet를 겹쳐 3겹으로 만들었다. silver nanorod를 에탄올에 분산시키고 이를 3겹짜리 CNT sheet에 적신후 에탄올이 다 증발하기전에 3겹짜리 CNT sheet의 한쪽 끝을 모아서 5g의 무게추를 달고 말려 작업전극을 제조하였다. 이때 70wt%의 silver nanorod가 포함되었다.Referring to FIG. 5 , first, three CNT sheets were pulled from a spinnable carbon nanotube (CNT) forest, and three CNT sheets were overlapped to make three layers. After dispersing the silver nanorod in ethanol and soaking it in the 3-layer CNT sheet, before the ethanol evaporates, one end of the 3-layer CNT sheet was collected, weighed 5 g, and dried to prepare a working electrode. At this time, 70wt% of silver nanorods were included.
상대전극counter electrode
환원된 그래핀 옥사이드(Reduced graphene oxide, RGO)를 에탄올 용액에 분산시켜 용액을 제조하였다. Spinnable carbon nanotube(CNT) forest부터 CNT sheet 3장을 뽑고, 3장의 CNT sheet를 겹쳐 3겹으로 만들어 유리판 위에 올려놓았다. 3겹짜리 CNT sheet가 올려진 유리판 위에 상기 용액을 붓고, 에탄올이 다 증발하기 전에 3겹짜리 CNT sheet의 한쪽 끝을 모아서 5g의 무게추를 달고 상대전극을 제조하였다. 이때, 80wt%의 RGO가 CNT yarn에 포함되었다. A solution was prepared by dispersing reduced graphene oxide (RGO) in an ethanol solution. Three CNT sheets were pulled from the spinnable carbon nanotube (CNT) forest, and three CNT sheets were stacked in three layers and placed on a glass plate. The solution was poured on the glass plate on which the three-ply CNT sheet was mounted, and one end of the three-ply CNT sheet was collected before the ethanol was completely evaporated, and a 5 g weight was weighed to prepare a counter electrode. At this time, 80wt% of RGO was included in the CNT yarn.
자가충전 에너지 하베스터(SAMPLE 1)Self-charging energy harvester (SAMPLE 1)
도 1을 참조하면, 상기 작업전극 및 상대전극을 0.1M HCl에 침지시키고, open-short 스위치를 통해 상기 상대전극과 작업전극을 서로 연결하여 자가충전 에너지 하베스터를 제조하였다.Referring to FIG. 1 , the working electrode and the counter electrode were immersed in 0.1 M HCl, and the counter electrode and the working electrode were connected to each other through an open-short switch to prepare a self-charging energy harvester.
실시예 3: 자가충전 에너지 하베스터(SAMPLE 2)의 제조Example 3: Preparation of self-charging energy harvester (SAMPLE 2)
silver nanorod를 포함하는 CNT yarn을 작업전극으로 사용하고, RGO를 포함하는 CNT yarn을 상대전극으로 사용하여 실시예 2와 같은 방법으로 자가충전 에너지 하베스터(SAMPLE 2)를 제조하였다.A self-charging energy harvester (SAMPLE 2) was prepared in the same manner as in Example 2 using a CNT yarn containing silver nanorod as a working electrode and a CNT yarn containing RGO as a counter electrode.
실시예 4: 자가충전 에너지 하베스터(SAMPLE 3)의 제조Example 4: Preparation of self-charging energy harvester (SAMPLE 3)
silver nanorod를 포함하는 CNT yarn을 작업전극으로 사용하고, RGO를 포함하는 CNT yarn을 상대전극으로 사용하여 실시예 2와 같은 방법으로 자가충전 에너지 하베스터(SAMPLE 3)를 제조하였다.A self-charging energy harvester (SAMPLE 3) was prepared in the same manner as in Example 2 using a CNT yarn containing silver nanorod as a working electrode and a CNT yarn containing RGO as a counter electrode.
실시예 5: 자가충전 에너지 하베스터 시스템의 제조Example 5: Preparation of self-charging energy harvester system
실시예 2 내지 4에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터(SAMPLE 1 내지 3)를 준비하였다. 실시예 2에 따른 자가충전 에너지 하베스터의 작업전극과 실시예 3에 따른 자가충전 에너지 하베스터의 상대전극이 서로 연결되고, 실시예 3에 따른 자가충전 에너지 하베스터의 작업전극과 실시예 4에 따른 자가충전 에너지 하베스터의 상대전극이 서로 연결되도록, 실시예 2 내지 4에 따른 자가충전 에너지 하베스터를 직렬 연결하여 자가충전 에너지 하베스터 시스템을 제조하였다.Self-charging energy harvesters (
[시험예][Test Example]
시험예 1: 시간에 따른 전위차 측정Test Example 1: Measurement of potential difference with time
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터의 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, open을 하면 전위가 발생하고, short를 내면 두 물질의 전위가 같아지는 것을 확인할 수 있었다.6 is a graph showing the potential difference according to time of the self-charging energy harvester manufactured according to Example 1. Referring to FIG. Referring to FIG. 6 , it was confirmed that the potentials of the two materials were equal when opened, and when shorted, the potentials of the two materials were equal.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터의 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 탄소나노튜브와 그래핀은 에너지 저장 재료로 시간이 지나면 어느 정도 방전되지만, 실시예 2에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터는 4~5분 뒤에 일정 전압(약 0.7V)을 형성하고 유지하는 것을 확인함으로써 자가 전위를 가지는 것을 확인할 수 있었다.7 is a graph showing the potential difference according to time of the self-charging energy harvester manufactured according to Example 2. Referring to FIG. Referring to FIG. 7 , carbon nanotubes and graphene are energy storage materials that are discharged to some extent over time, but the self-charging energy harvester prepared according to Example 2 generates a constant voltage (about 0.7V) after 4 to 5 minutes. By confirming the formation and maintenance, it was confirmed that the self dislocation was present.
도 8은 실시예 2 및 4에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터의 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, 실시예 2 및 4에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터 모두 open을 하면 전위가 발생하고, short를 내면 두 물질의 전위가 같아지는 것을 확인할 수 있었다. 8 is a graph showing the potential difference with time of the self-charging energy harvester manufactured according to Examples 2 and 4; Referring to FIG. 8 , it was confirmed that when both of the self-charging energy harvesters manufactured according to Examples 2 and 4 were opened, a potential was generated, and when they were shorted, the potentials of the two materials became the same.
도 9는 실시예 2 및 4에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터 2개를 직렬연결 했을 때, 시간에 따른 전위차를 나타낸 그래프이다. 도 9를 참조하면, 도 7에서 확인된 자가충전 에너지 하베스터 하나의 전위보다 자가충전 에너지 하베스터 2개를 직렬로 연결했을 때의 전위가 2배 정도 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이는 자가충전 에너지 하베스터가 직렬 연결된 것을 의미한다.9 is a graph showing the potential difference over time when two self-charging energy harvesters manufactured according to Examples 2 and 4 are connected in series. Referring to FIG. 9 , it was confirmed that the potential when two self-charging energy harvesters were connected in series compared to the potential of one self-charging energy harvester confirmed in FIG. 7 increased by about two times. This means that the self-charging energy harvester is connected in series.
시험예 2: 자가충전 에너지 하베스터를 사용하여 슈퍼 커패시터의 충전 확인Test Example 2: Confirmation of charging of a supercapacitor using a self-charging energy harvester
실시예 5에 따라 제조된 자가충전 에너지 하베스터 시스템을 short를 내어서 전위를 0으로 만든 후, 상용화 제품인 0.1 uF 슈퍼 커패시터를 연결하여 실제 슈퍼 커패시터가 충전되는 것을 확인하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다.After shorting the self-charging energy harvester system manufactured according to Example 5 to bring the potential to 0, it was confirmed that the actual supercapacitor was charged by connecting a commercially available 0.1 uF supercapacitor, and the result is shown in FIG. It was.
도 10를 참조하면, 0.1 uF 슈퍼커패시터의 전압이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 자가충전 에너지 하베스터에 생성되는 전위차가 실제 사용가능한 에너지원인 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 10 , it can be seen that the voltage of the 0.1 uF supercapacitor is increased. Through this, it was confirmed that the potential difference generated in the self-charging energy harvester of the present invention is an actually usable energy source.
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.In the 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 and the like, 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 distributed manner, 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 (19)
제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질을 포함하는 제2 전극; 및
전해질;을 포함하고,
상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질은 상기 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질과 서로 다른 자가전위(self-potential)를 갖는 것인 자가충전 에너지 하베스터.a first electrode comprising a first conductive material or a first non-conductive material;
a second electrode comprising a second conductive material or a second non-conductive material; and
electrolyte; including;
wherein the first conductive material or the first non-conductive material has a different self-potential from the second conductive material or the second non-conductive material.
상기 제1 전극 및 제2 전극이 각각 상기 전해질 내에서 상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면에 전기화학 이중층(electrochemical double layer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The self-charging energy harvester, characterized in that the first electrode and the second electrode form an electrochemical double layer on the surfaces of the first electrode and the second electrode in the electrolyte, respectively.
상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질이 상기 제2 전도성 물질 또는 상기 제2 비전도성 물질과 서로 다른 종류의 물질인 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The self-charging energy harvester, wherein the first conductive material or the first non-conductive material is a different type of material from the second conductive material or the second non-conductive material.
상기 자가충전 에너지 하베스터가
상기 제1 전도성 물질 또는 제1 비전도성 물질과 상기 제2 전도성 물질 또는 제2 비전도성 물질 사이에 자가 전위차(self-potential difference)가 생성되는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The self-charging energy harvester
and a self-potential difference is generated between the first conductive material or first non-conductive material and the second conductive material or second non-conductive material.
상기 자가충전 에너지 하베스터가 상기 자가 전위차를 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.5. The method of claim 4,
The self-charging energy harvester, characterized in that the self-charging energy harvester further comprises an energy storage unit for storing electrical energy using the self-potential difference.
상기 자가충전 에너지 하베스터는 산화 환원 반응(redox reaction)이 일어나지 않는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The self-charging energy harvester is a self-charging energy harvester, characterized in that the redox reaction does not occur.
상기 자가충전 에너지 하베스터가
상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결(short)하거나 절연(open)하는 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The self-charging energy harvester
Self-charging energy harvester, characterized in that it further comprises a switch for electrically connecting (short) or insulate (open) the first electrode and the second electrode.
상기 전해질이 액체 전해질 또는 고체 전해질인 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The self-charging energy harvester, characterized in that the electrolyte is a liquid electrolyte or a solid electrolyte.
상기 전해질이 액체 전해질이고,
상기 제1 전극 및 제2 전극이 각각 상기 액체 전해질에 침지되는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.9. The method of claim 8,
the electrolyte is a liquid electrolyte,
The self-charging energy harvester, characterized in that the first electrode and the second electrode are each immersed in the liquid electrolyte.
상기 전해질이 고체 전해질이고,
상기 제1 전극 및 제2 전극의 표면 상에 각각 상기 고체 전해질이 위치하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.9. The method of claim 8,
The electrolyte is a solid electrolyte,
Self-charging energy harvester, characterized in that the solid electrolyte is located on the surface of the first electrode and the second electrode, respectively.
상기 자가충전 에너지 하베스터가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 분리막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.11. The method of claim 10,
The self-charging energy harvester, characterized in that the self-charging energy harvester further comprises a separator between the first electrode and the second electrode.
상기 제1 전도성 물질 및 상기 제2 전도성 물질이 각각 금속, 금속산화물, 탄소계 물질, 전도성 무기물, 전도성 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 제1 전도성 물질의 자가전위 값은 제2 전도성 물질의 자가전위 값과 서로 다른 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
Each of the first conductive material and the second conductive material contains at least one selected from the group consisting of metals, metal oxides, carbon-based materials, conductive inorganic materials, conductive polymers, and combinations thereof,
The self-charging energy harvester, characterized in that the self-potential value of the first conductive material is different from that of the second conductive material.
상기 제1 전도성 물질이 제1 금속을 포함하고,
상기 제2 전도성 물질이 제2 금속을 포함하고,
상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 서로 다른 종류의 금속인 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The first conductive material comprises a first metal,
The second conductive material comprises a second metal,
The self-charging energy harvester, characterized in that the first metal and the second metal are different types of metal.
상기 제1 금속 및 상기 제2 금속이 각각 독립적으로 금, 은, 백금, 팔라듐, 니켈, 인듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 티탄, 망간, 크롬, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.14. The method of claim 13,
The first metal and the second metal are each independently gold, silver, platinum, palladium, nickel, indium, rhodium, ruthenium, osmium, cobalt, molybdenum, vanadium, tungsten, titanium, manganese, chromium, and alloys thereof. Self-charging energy harvester comprising at least one selected from the group consisting of.
상기 제1 전도성 물질이 제1 카본나노튜브 얀을 포함하고,
상기 제2 전도성 물질이 제2 카본나노튜브 얀을 포함하고,
상기 제1 카본나노튜브 얀 및 상기 제2 카본나노튜브 얀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 내부에 그래핀, 그래핀옥사이드, 플러렌, 그래파이트, 활성탄 (Activated carbon), 은, 백금, 금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The first conductive material comprises a first carbon nanotube yarn,
The second conductive material comprises a second carbon nanotube yarn,
In at least one selected from the group consisting of the first carbon nanotube yarn and the second carbon nanotube yarn, graphene, graphene oxide, fullerene, graphite, activated carbon, silver, platinum, gold, and these Self-charging energy harvester, characterized in that it further comprises at least one selected from the group consisting of a combination of.
상기 제1 전도성 물질이 제1 금속을 포함하고,
상기 제2 전도성 물질이 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.According to claim 1,
The first conductive material comprises a first metal,
The self-charging energy harvester, characterized in that the second conductive material includes a conductive polymer.
상기 전도성 고분자가 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 술포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PSS), 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(poly(diallyldimethylammonium choloride, PDDA), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리파라페닐렌, 폴리(3,4-에틸렌이옥시티오펜), 폴리페닐렌설파이드, 폴리파라-페닐렌비닐렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자가충전 에너지 하베스터.17. The method of claim 16,
The conductive polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, PSS), poly(diallyldimethylammonium choloride, PDDA), polyaniline ( polyaniline), polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenylene, poly(3,4-ethylene oxythiophene), polyphenylenesulfide, polypara-phenylenevinylene, and combinations thereof. Self-charging energy harvester comprising one type.
(a) 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 절연(open)하여 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 자가 전위차를 생성하는 단계; 및
(b) 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 연결(short)하고 상기 자가 전위차를 이용하여 에너지 저장부에 전기에너지를 저장하고 상기 자가 전위차가 소멸되는 단계;를
포함하는 에너지 하베스터를 이용한 자가충전방법.A method of charging electrical energy using the self-charging energy harvester according to claim 1,
(a) generating a self-potential difference between the first electrode and the second electrode by electrically insulating the first electrode and the second electrode; and
(b) electrically connecting (short) the first electrode and the second electrode, storing electric energy in an energy storage unit using the self-potential difference, and dissipating the self-potential difference;
A self-charging method using an energy harvester including
상기 자가충전방법이
(c) 상기 제1 전극과 제2 전극을 전기적으로 다시 절연(open)하여 상기 자가 전위차를 다시 생성시키는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터를 이용한 자가충전방법.19. The method of claim 18,
The self-charging method
(c) re-generating the self-potential difference by electrically insulating the first electrode and the second electrode again; The self-charging method using an energy harvester further comprising:
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| KR20160065877A (en) * | 2013-09-23 | 2016-06-09 | 유니버시티 오브 써던 캘리포니아 | A high efficiency nickel-iron battery |
| KR20170121693A (en) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | 한국과학기술연구원 | Fibrous electrode structure with integrated separator, fibrous battery including the same, and manufacturing method thereof |
| KR20180013549A (en) | 2016-07-29 | 2018-02-07 | 고려대학교 산학협력단 | Carbon fiber electrode, wire type supercapacitor, and NO2 sensor and UV sensor comprising the supercapacitor |
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| KR20200024255A (en) | 2017-06-28 | 2020-03-06 | 보드 오브 레젼츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 | Cold and twisted nanofiber yarns for harvesting electrical energy from mechanical deformation |
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2021
- 2021-02-15 KR KR1020210020033A patent/KR102496270B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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