• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.21 no.4
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• pp.68-79
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• 2018

Currently, hybridization of energy generator and storage devices is considered to be one of the most important energy-related technologies due to the possibility of replacing batteries or extending the lifetime of a batteries in accordance with increasing battery demand. This review aims to describe current progress on the mechanical energy generator and hybridization of energy generator and energy storage devices for self-powered electronics. First, the research trends related to energy generation devices using piezoelectric and triboelectric effect that convert physical energy into electric energy is introduced. In addition, integration of energy generators and energy storage devices is introduced. In particular, self-charging energy cells provide an innovative approach to the direct conversion of mechanical energy into electrochemical energy to decrease energy conversion loss.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.134-134
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• 2018

반데그라프 발전기는 큰 전위차를 생성하고 입자를 가속시키기 위해 발명된 정전기 발생기이다. 현재 반데그라프 발전기는 사이클로톤의 개발 이후 입자 가속 목적으로 주로 사용되고 있지는 않지만 접촉 전하 생성, 전달, 및 축적을 가능하게 하는 전하 운반 시스템에 기반하여 간단한 구조로 직류를 발생시킬 수 있는 점은 주목할만하다. 특히, 최근 경량성, 고효율 발전 등의 장점으로 에너지 하베스팅 분야에서 많은 관심을 받고 있는 마찰전기 에너지 하베스팅 기술 분야에서는 최근, 높은 에너지 저장 효율을 위해 직류 발생이 가능한 마찰전기 에너지 발전 소자에 대한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 전하 운반 시스템을 기반으로 한 마찰 전기 직류 발전기에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않았으며, 보고된 몇 연구에서는 저 전류, 고 임피던스 및 저효율과 같은 반데그라프 발전기의 구조적 및 물질적 한계를 극복하지 못했다. 또한 마찰에 의해 발생하는 마모에 의한 출력 감소 또한 해결되지 못한 문제이다. 따라서 뛰어난 마찰전기 특성과 함께 우수한 내마모성을 가지는 폴리머에 기반하여 기존의 한계를 극복 한 전하 운반 시스템 기반 마찰 전기 직류 발전기를 제안한다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.4
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• pp.198-203
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• 2013

Energy harvesting refers to converting ambient energy from our surroundings, which would be otherwise wasted, into useful electrical energy. A triboelectric energy harvester is a self-charged device for harnessing mechanical energy based on a coupled process of contact charging and electrostatic induction. In this research, we demonstrate simple fabrication of prototype triboelectric energy harvester using soft lithography and its electrical characterization. Triboelectric generation occurs between the two micro patterned layers of Au and PDMS. A micro pattern is simply replicated directly from the bottom layer to the top layer using soft-lithography without an extra transfer process. This generator can produce an output voltage of 2 V and output current of 20 nA.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.150-150
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• 2016

디스플레이, 센서 등 전자소자는 소형화 단계를 지나 인체 부착형 소자로의 발전을 요구하고 있다. 부착형 소자에서는 접착력과 큰 마찰력이 필요하지만 마찰특성이 더 중요하므로 인체 및 물체의 마찰을 위해서는 다양한 표면에 대항하는 마찰 특성과 내구성이 요구되며 이를 위해 개코도마뱀 또는 딱정벌레, 말벌날개와 같은 자연모사형 건식 마찰 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 폴리머를 이용하여 자연모사형 마이크로/나노 구조 형성은 기계적으로 가공된 금형 몰딩을 통한 매무 복잡한 공정을 요구된다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 공정을 통한 마찰재 제작을 단순화하기 위해서 플라즈마 표면처리를 활용하여 나노구조 형성하는 방법을 소개하고자 하며, 건식 접착 및 마찰용 폴리머 소재(PDMS(Poly dimethyl siloxane))에 따른 표면구조 변화와 표면에너지 및 화학결합 변화에 대한 연구를 수행하였다. 플라즈마 표면처리를 위해서 자체 개발한 선형이온소스를 활용하였으며 입사에너지에 따라 표면형상 변화를 주사전자현미경을 활용하여 관찰하였다. 표면에너지 변화는 접촉각측정기를 활용하였으며, Tribology tester(Ball on disk)를 활용하여 마찰특성을 평가하였다. PDMS(Poly dimethyl siloxane)는 입사에너지가 증가함에 따라 주름형태 구조 크기가 증가하는 것을 관찰하였고, 플라즈마 처리를 통해 표면에너지 및 마찰력 증가를 관찰하였다. 그리고 플라즈마 처리 후 표면에너지 변화인 FOTS(Trichloro-(1H,1H,2H,2H- perfluorooctyl) silane) 처리를 통하여 표면에너지 감소와 마찰력이 절반으로 감소하였다. 본 연구 결과는 나노구조에 따라 표면형상 및 표면에너지 변화에 따른 PDMS의 마찰력 변화를 확인하였고, 이러한 특성을 활용하여 마찰재와 피부 부착형 접착 패치에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.13 no.2
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• pp.473-480
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• 2018

In 2012, a new energy capturing method called TENG was suggested for energy harvesting applications. The TENG which captures electric energy in forms of friction or vibration has been researched as a new energy harvesting generation device. However, TENG works on rather high voltage and yields relatively low current, and this requires additional energy conversion and saving methods with either in semiconductive elements or circuitry for its application. Irregular generation from vibration sources rattle under 5Hz especially requires empirical studies. In this article, we suggest a electricity generation platform with energy storage methods. The platform is mounted on large sized animals, and the generation is actively monitored and controlled via Bluetooth-Low Energy to verify the platform.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.13 no.1
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• pp.153-162
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• 2018

The importance of energy harvesting technique is increasing due to the elevated level of demand for sustainable power sources for wearable device applications. In this study, we developed an Energy Harvesting wearable Platform(EH-P) architecture which is used in the design of a multi-energy source based on TENG. The proposed switching circuit produces power with higher current at lower voltage from energy harvesting sources with lower current at higher voltage. This can powers microcontrollers for a short period of time by using PV and TENG complementarily placed under hard conditions for the sources such as indoors. As a result, the whole interface circuit is completely self-powered with this makes it possible to run of sensing on a Wearable device platform. It was possible to increase the wearable device life time by supplying more than 29% of the power consumption to wearable devices. The results presented in this paper show the potential of multi-energy harvesting platform for use in wearable harvesting applications, provide a means of choosing the energy harvesting source.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.14 no.1
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• pp.225-234
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• 2019

By using the Triboelectric nanogenerators, known as TENG, we can take advantages of high conversion efficiency and continuous power output even with small vibrating energy sources. Nonlinear energy extraction techniques for Triboelectric vibration energy harvesting usually requires synchronized active electronic switches in most electronic interface circuits. This study presents a nonlinear energy harvesting with high energy conversion efficiency to harvest and save energies from human active motions. Moreover, the proposed design can harvest and store energy from sway motions around different directions on a horizontal plane efficiently. Finally, we conducted a comparative analysis of a multi-mode energy storage board developed by a silicon-based piezoelectricity and a transparent TENG cell. As a result, the experiment showed power generation of about 49.2mW/count from theses multi-fully harvesting source with provision of stable energy storages.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.1
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• pp.9-15
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• 2019

Here, we present a facile route to fabricate a vertically stacked 3D porous structure-based triboelectric nanogenerator (TENG) that can be used to harvest energy from the friction in a repetitive contact-separation mode. The unit component of TENG consists of thin Al foil electrodes integrated with microstructured 3D foams such as Ni, Cu, and polyurethane (PU), which provide advantageous tribo-surfaces specifically to increase the friction area to the elastomeric counter contact surfaces (i.e., polydimethylsiloxane, PDMS). The periodic contact/separation-induced triboelectric power generation from a single unit of the 3D porous structure-based TENG was up to $0.74mW/m^2$ under a mild condition. To demonstrate the potential applications of our approach, we applied our TENGs to small-scale devices, operating 48 LEDs and capacitors. We envision that this energy harvesting technology can be expanded to the applications of sustainably operating portable electronic devices in a simple and cost-effective manner by effectively harvesting wasted energy resources from the environment.

• Journal of Convergence for Information Technology
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• v.11 no.11
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• pp.151-158
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• 2021

In this paper, we analyzed the latest research trends, challenges, and potential applications of next-generation solar cell materials in various industrial fields. In addition, future prospects and possibilities of Smart Textile Hybrid Energy Harvesting Devices that will supply electricity by combining with wearable IoT devices are presented. The hybrid textile energy harvesting device fused next-generation solar cells with tribo-piezoelectric devices will develop into new 'Convergence Integrated Smart Wear' by combining the material itself with wearable IoT devices in the era of the 4th industrial revolution. The next-generation nanotechnology and devices proposed in this paper will be applied to the field of smart textile with an energy harvesting function. And we hope it will be a paradigm shift that evolves into creative products which provide AI services such as medical & healthcare by convergence with the future smart wear industry.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.122-122
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• 2018

1. 배경 최근 IoT 기술이 발전함에 따라 각종 전자기기에 들어가는 센서들이 점점 늘어나고 있다. 특히 사용자 중심의 기기들은 기술이 발전함에 따라 집적화가 이루어지면서, 하나의 기기에서 온도, 습도, 조도 등의 다양한 정보를 처리하고 있다. 이에 따라 더 많은 기능을 사용하기 위해, 소모 전력 또한 점차 증가하고 있다. 그러나 부피는 한정되어 있어, 기존 배터리만으로는 증가하는 소모 전력을 모두 보완하기 어렵다. 또한 대표적인 사용자 중심 기기인 스마트폰에서는, 가장 많은 전력을 소모하는 부분이 점점 커지고 있다. 이에 대한 대책으로 버려지는 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 바꿔주는 에너지 하베스팅 기술이 각광을 받고 있다. 에너지 하베스팅 기술은 바람, 진동, 인체의 움직임 등의 기계적 에너지, 태양광, 실내등의 빛 에너지를 전기적인 에너지로 바꿔주는 기술을 말한다. 본 연구에서는 강유전체 고분자 내부에 양자점이 임베딩된 박막을 이용하여, 스마트폰에서 발생하는 빛 에너지와 손가락으로 디스플레이를 터치할 때 발생하는 기계적인 에너지를 모두 수확할 수 있는 새로운 소자를 제시하였다. 소자 내부에 있는 양자점은 빛 에너지를 산란 혹은 흡수하여 발광한 후, 고분자 내부의 전반사를 통해 양 옆에 있는 태양전지로 빛을 전달한다. 또한 컴포짓의 매트릭스를 이루고 있는 강유전체 폴리머인 P(VDF-TrFE)는 강유전 특성을 통해 마찰전기 에너지를 효율적으로 전기 에너지로 전환할 수 있다. 강유전체 특성에 의해 P(VDF-TrFE) 내부에 정렬된 Polarization은 퀀텀닷에 양자구속 스타크 효과(Quantum Confined Stark Effect)를 일으켜 더 긴 파장을 방출한다. 이렇게 바뀐 파장은 실리콘 태양전지에서 더 많이 흡수할 수 있는 영역으로 방출되어 태양전지 출력의 증가를 일으킨다. 마지막으로 실리콘 태양전지의 출력 증가를 보여줌으로써 이를 실험적으로 입증했다.