박재영 교수 연구팀, 걷기, 달리기 등과 같은 인체의 움직임으로부터 고출력의 전기 에너지를 생산하는 하이브리드 에너지 하베스팅 기술 개발 성공

박재영 교수 연구팀, dual-Halbach 영구자석 배열 기반의 전자기력 에너지 하베스팅 기술과 접촉 및 슬라이딩 모드의 마찰전기 나노 에너지 하베스팅 기술을 융합한 springless 비공진형 고출력 하이브리드 에너지 수확 소자 관련 광운대 독자기술 개발 성공

본교 박재영교수 연구팀(전자공학과)은 dual-Halbach 배열의 초소형 영구자석들과 코일, 나노 잔디 및 나노동공 구조의 PTFE,알루미늄 소재를 사용하여 인체 동력 에너지 포집 및 전기에너지로 변환이 용이한 고출력 전자기유도/마찰전기 하이브리드 에너지 수확소자 기술 개발에 성공했다.  

 @ 박재영 교수(좌)와 Md Salauddin 박사과정(우)

?

착용형 혹은 휴대형 전자기기, 사물인터넷 (IoT)의 전원으로 사용되고 있는 이차전지의 경우, 수명제한과 배터리의 주기적 교체 혹은 충전이 이루어져야만 지속사용이 가능하기 때문에 에너지 하베스팅 기술을 반영구적 전원기술로 활용하고자 하는 연구가 많이 이루지고 있음에도 불구하고, 에너지 하베스팅 소자의 출력 값이 너무 낮아서 실제 활용되고 있는 사례가 많지 않다. 대부분의 에너지 하베스팅 소자들은 공진형으로 매우 좁은 입력 주파수 범위내에서만 전기에너지 생산이 가능하고, 걷기 및 달리기와 같은 인체움직임과 같은 10 Hz 미만의 작은 크기의 낮은 진동 주파수에서는 출력 및 변환 효율이 현저히 떨어지는 문제점들이 있다.최근에는 고출력을 내기위한 가장 효과적인 방법으로 전자기유도, 마찰전기, 압전 기술 중 두 가지 이상을 융합하는 하이브리드 기술 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

박재영 교수 연구팀은 걷기, 달리기, 손 흔들기 등과 같은 비주기적 인체의 움직임으로부터 고출력의 전기에너지를 수확할 수 있는 비공진형 하이브리드 에너지 하베스팅 기술을 개발하는데 성공하였다. 본 연구팀에서 설계 및 제작된 전자기/마찰전기 하이브리드 에너지 하베스팅 소자의 출력 전류와 전력은 6 Hz의 낮은 진동 주파수에서 각각 2.04 mA, 5.41 mW이고, 체적전력밀도는 395.4 W/m3 이다. 또한 개발된 소자는 손 흔들기, 걷기, 천천히 달리기 등과 같은 인체 활동에서 각각 2.9 mW, 1.2 mW, 1.7 mW (수평 방향), 1.6 mW, 0.74 mW, 2.3 mW (수직 방향)의 전력을 생산할 수 있었고 스마트 밴드, 만보기, 온습도계등과 같은 다양한 전자기기 및 센서를 동작 시키는데 성공하였다.

이번 연구는 산업통상자원부의 산업기술혁신사업(Technology Innovation Program, 10065696) 및 광운대학교의 교내연구비 지원으로 수행되었고, 연구 결과는 세계 최고의 에너지 연구 전문저널인 엘시비어 (Elsevier) 출판의 Nano Energy (IF: 12.343) 2018년 6월 14일자 온라인 판에 게재되었다.

Web link: : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518304373  

< 제작된 에너지 스확소자의 (a) 전자기유도 출력 전압, (b) 접촉-분리 모드 마찰전기 출력 전압, (c) 슬라이딩 모드 마찰전기 출력전압, (d) 하이브리드 출력 전압 >?