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연구성과

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박재영 교수, 웨어러블 고출력 자가발전 전원기술 개발 성공 New

  • 전자과
  • 2018-12-14
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박재영 교수 연구팀자속 집중 유연소재를 이용한

인체 동력 기반 웨어러블 고출력 자가발전 전원기술 개발 성공

 

박재영교수 연구팀, 3D 프린팅 기반 PLA (폴리애틱 애시드구조물과 PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌유사 나노 와이어 구조체, FeSiCr/PDMS 자속 집중 유연소재를 이용한 팔찌 모양의 고출력 웨어러블 하이브리드 (전자기력마찰전기력에너지하베스팅 디바이스 관련 광운대 독자기술 개발 성공

 

본교 박재영 교수 연구팀(전자공학과)은 PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌나노구조, 3D 프린터로 제작한 ABS (아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌및 PLA 구조물과 FeSiCr/PDMS 자속 집중 유연 복합소재를 이용하여 팔찌 모양의 인체동력 기반 고출력 웨어러블 하이브리드 (전자기력마찰전기력에너지 수확 기술 개발에 성공하였다.

 

<박재영 교수()와 Pukar Maharjan 박사과정()>

에너지 수확(하베스팅기술은 휴대 및 웨어러블 전자기기, IoT (사물인터넷)의 전원으로 사용중인 리튬이온 2차 전지를 대체할 수 있는 자가발전 전원기술로써 반영구적이고 친환경적인 장점 때문에 최근에 많은 연구가 이루어지고 있다특히, IoT 기반 저전력 웨어러블 스마트 기기들의 수요가 급증하면서인체의 움직임과 같은 작은 진동에서도 고출력을 낼 수 있는 웨어러블 에너지 수확기술에 대한 관심이 높아지고 있다하지만낮은 진동에서 에너지 수확소자의 출력을 높이기 위해서는 소자의 크기 및 체적이 커져야 하기 때문에,인체에 착용할 만큼 작고 가벼운 고출력의 소자를 구현하기에는 한계가 있는 기술로 평가되어 왔다.

 

 

박재영 교수 연구팀은 구()형 자석과 최적화된 설계를 통해 전자기력 에너지 수확소자의 형태를 팔찌 모양으로 제작하고, PTFE 나노 구조를 3D 프린터로 제작한 ABS 및 PLA 구조물과 융합하여 마찰전기 에너지 수확소자의 전극 접촉면적을 최적화하고자석의 자속을 집중시킬 수 있는 유연 자속 집중 소재를 사용하여 약 0.118mW/cm3의 전력밀도를 가지는 고출력 팔찌 형태의 웨어러블 하이브리드 에너지 수확기술을 개발하는데 성공하였다전자기력과 마찰전기 에너지 수확소자에서 각각 4.98 mW, 0.093 qW의 높은 평균전력을 출력하였으며팔을 가볍게 흔드는 움직임만으로도 손목시계 동작과 134개의 상용 LED 전구를 밝히는데 성공하였다.

 

이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오·의료기술개발사업 (2017M3A9F1031270), 산업통상자원부의 산업기술혁신사업(Technology Innovation Program, 10065696) 지원으로 수행되었고연구 결과는 세계 최고의 에너지 연구 전문저널인 엘시비어 (Elsevier) 출판의Nano Energy (IF: 13.120) 2018년 8월 27일자 온라인 판에 게재되었다.

 



<웨어러블 하이브리드 에너지 수확소자의 (a) 착용 예시, (b) 내부 사진, (c) 외부 사진, (d) 시계 작동 사진, (e) 커패시터 충/방전 그래프, (f) LED 점등 사진, (g) 센서 구동을 위한 커패시터 충/방전 그래프, (h) 신뢰성 측정 그래프>