박재영 교수 연구팀, 배터리 없는 스마트 환경 모니터링 시스템 구현을 위한 초소형, 고출력 하이브리드 에너지하베스팅 디바이스 개발 성공

“박재영 교수 연구팀(전자공학과), 주변의 자연풍으로부터 고출력의 전기에너지를 수확할 수 있는 초소형 풍차구조의 하이브리드 에너지하베스팅 디바이스 관련 광운대 독자기술 개발 성공”

본교 박재영교수 연구팀(전자공학과)은 PVDF (polyvinylidene difluoride) 유연 압전소재와 PET (polyethylene terephthalate) 기판,표면 나노처리된 알루미늄 전극, 그리고 PTFE (polytetrafluoroethylene) 소재를 사용한 압전 (piezoelectric)/마찰전기(triboelectric) 나노발전기와 디스크 형태의 전자기 (electromagnetic) 발전기를 집적화한 초소형 고출력 하이브리드 에너지하베스팅 기술 개발에 성공했다. 

<박재영 교수(좌)와 M. Toyabur Rahman 박사과정(우)>?

주변 환경을 감시하기 위한 무선 센서 네트워크 (WSN, Wireless sensor network)와 사물인터넷 (IoT, Internet of Things) 시스템은 배터리와 전원관리 회로와 같은 전원 모듈이 필수적이다. 이러한 전력 공급원은 배터리의 제한된 수명, 접근 불가능한 구역에서의 교체 및 유지 보수, 잠재적 환경 오염문제 등의 많은 단점이 있다. 이러한 이슈들을 해결하기 위하여 최근에 많은 연구원들이 바람,진동, 열에너지 등 주변의 물리적 에너지원들을 수집하여 전기에너지로 변환하는 친환경 에너지하베스팅 기술을 연구하고 있다.

박재영교수 연구팀은 우리주변의 자연풍으로부터 높은 전기에너지를 수확할 수 있는 에너지 하베스팅 기술 개발에 성공함으로써 배터리 없는 스마트 환경 모니터링 시스템의 상용화 가능성을 보여줬다. 본 연구에서 개발된 하이브리드 에너지하베스팅 디바이스는 세 가지 나노발전기 (TENG, PENG, EMG)가 집적화 되어있다. TENG와 PENG는 6 m/s의 풍속에서 각각 1.67 mW와1.38 mW의 최대 전력을 출력하였으며, EMG는 동일한 풍속에서 268.6 mW의 최대 전력을 출력시켰다. 지하철 플랫폼의 조명 및 전광판 등의 실용적 응용 가능성을 입증하기 위해 수백 개의 LED로 만들어진 열차 시간표를 점등하는데 성공하였다. 또한 실시간 무선 환경 모니터링 시스템 구현 및 데모에도 성공함으로써 본 기술의 상용화 가능성을 앞당겼다.

이번 연구는 산업통상자원부의 산업기술혁신사업(Technology Innovation Program, 10053023, 20000773) 지원으로 수행되었고,연구 결과는 세계 최고의 에너지 연구 전문저널인 엘시비어 (Elsevier) 출판의 Nano Energy (IF: 13.120) 2018년 12월 15일자 온라인 판에 게재되었다.

■ Web link : https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.12.052 

< 자연풍 기반 고출력 하이브리드 에너지 수확소자의 (a) 컨셉도, (b) 지하철 플랫폼에 설치된 디바이스,

(c) 수백 개의 LED 점등, (d) WSN 구동 사진, (e) 커패시터 충/방전 그래프>?