• 제목/요약/키워드: Flexible energy-storage

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웨어러블 응용을 위한 섬유형 슈퍼커패시터 (Fiber Based Supercapacitors for Wearable Application )

  • 이재명;손원경;김주완;노준호;오명은;최진형;최창순
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제36권4호
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    • pp.303-325
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    • 2023
  • Flexible fiber- or yarn-based one-dimensional (1-D) energy storage devices are essential for developing wearable electronics and have thus attracted considerable attention in various fields including ubiquitous healthcare (U-healthcare) systems and textile platforms. 1-D supercapacitors (SCs), in particular, are recognized as one of the most promising candidates to power wearable electronics due to their unique energy storage and high adaptability for the human body. They can be woven into textiles or effectively designed into diverse architectures for practical use in day-to-day life. This review summarizes recent important development and advances in fiber-based supercapacitors, concerning the active materials, fiber configuration, and applications. Active materials intended to enhance energy storage capability including carbon nanomaterials, metal oxides, and conductive polymers, are first discussed. With their loading methods for fiber electrodes, a summary of the four main types of fiber SCs (e.g., coil, supercoil, buckle, and hybrid structures) is then provided, followed by demonstrations of some practical applications including wearability and power supplies. Finally, the current challenges and perspectives in this field are made for future works.

다공성 물질을 이용한 CO2 포집 및 분리: 다공성 탄소와 유연한 MOF 비교 연구 (CO2 Capture & Separation in Microporous Materials: A Comparison Between Porous Carbon and Flexible MOFs)

  • 정민지;박서하;오현철;박귀일
    • 한국재료학회지
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    • 제28권7호
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    • pp.417-422
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    • 2018
  • The stereotype of flexible MOFs(Amino-MIL-53) and carbonized porous carbon prepared from renewable resources is successfully synthesized for $CO_2$ reduction application. The textural properties of these microporous materials are investigated, and their $CO_2$ storage capacity and separation performance are evaluated. Owing to the combined effects of $CO_2-Amino$ interaction and its flexibility, a $CO_2$ uptake of $2.5mmol\;g^{-1}$ is observed in Amino-MIL-53 at 20 bar 298 K. In contrast, $CH_4$ uptake in Amino-MIL-53 is very low up to 20 bar, implying potential sorbent for $CO_2/CH_4$ separation. Carbonized samples contain a small quantity of metal residues(K, Ca, Mg, S), resulting in naturally doped porous carbon. Due to the trace metal, even higher $CO_2$ uptake of $4.7mmol\;g^{-1}$ is also observed at 20 bar 298 K. Furthermore, the $CH_4$ storage capacity is $2.9mmol\;g^{-1}$ at 298 K and 20 bar. To evaluate the $CO_2$ separation performance, the selectivity based on ideal adsorption solution theory for $CO_2/CH_4$ binary mixtures on the presented porous materials is investigated.

유체-구조물-지반 상호작용을 고려한 직사각형 액체저장탱크의 시간영역 지진응답해석 (Time-Domain Earthquake Response Analysis of Rectangular Liquid Storage Tank Considering Fluid-Structure-Soil Interaction)

  • 이진호;조정래;한성욱
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제33권6호
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    • pp.383-390
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    • 2020
  • 유연한 지반에 놓인 액체저장탱크의 지진 거동은 유체-구조물-지반 상호작용에 의해 복잡하게 나타나므로, 이 시스템의 지진응답과 피해를 정확하게 예측하기 위해서는 이를 엄밀히 고려하여야 한다. 이 연구에서는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 수행하고 그 응답 특성을 분석하고자 한다. 이를 위해 지진하중 작용 시 발생하는 유체의 동수압력 및 지반과 구조물 간의 상호작용력을 유한요소 기법을 사용하여 산정한다. 이때, 반무한 지반에서의 에너지 방사를 고려하기 위해 mid-point integrated finite element와 점성 감쇠기를 사용하여 지반 원역의 거동을 모사한다. 이와 같이 산정된 동수압력과 지반-구조물 상호작용력을 구조물의 유한요소에 작용시킨다. 자유장 해석을 통하여 입사 지진파에 의한 유효 지진력을 산정한다. 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 지진응답 해석을 통하여 지반-구조물 상호작용의 효과로 인해 시스템 응답의 변화가 다양하게 나타남을 확인할 수 있다. 그러므로, 유연한 지반에 놓인 직사각형 액체저장탱크의 내진설계를 수행하거나 내진성능을 검토할 때는 유체-구조물-지반 상호작용을 엄밀히 고려하여야 할 것이다.

수중에서 퍼넬형 macro fiber composite 에너지 하베스터의 에너지 수확 특성 (A study on the underwater energy harvesting characteristics of a funnel type macro fiber composite energy harvester)

  • 이종길;안진효
    • 한국음향학회지
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    • 제42권1호
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    • pp.57-66
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    • 2023
  • 본 연구에서 제안한 에너지 하베스팅 장치는 입구가 넓고 출구가 좁은 퍼넬형 에너지 하베스터(Funnel Type Energy Harvester, FTEH)에 Macro Fiber Composite(MFC)가 외팔보 형태로 장착되어 있는 구조로서 MFC의 구조를 변화 시켰을 때 FTEH에 수확하는 에너지양의 특성을 이론과 실험을 통하여 분석하였다. MFC의 길이를 50 % 증가 시켰을 때 진동 변위는 3.5배 증가하였고, 두께를 75 % 감소시 30.9배 증가하였다. 수조 실험에서 최대 전력량은 스파이럴 스크루가 장착된 상태의 유연한 지지대에 수직으로 설치된 MFC가 스파이럴 스크루가 없고 견고한 지지대에 수평으로 설치된 경우보다 약 5배 정도 높았다. FTEH에 최적저항 4,010 kΩ을 적용하여 유속 0.24 m/s일 때 FTEH의 출력을 350 s 동안 커패시터에 에너지를 저장하면 4 ㎼·s에 도달하였다. 빠른 유속으로 유연한 지지대에 수직으로 설치된 대면적 MFC의 커패시터 충전 시간을 길게 하면 충전 에너지를 증가시킬 수 있음을 확인하였다.

Si-Containing Nanostructures for Energy-Storage, Sub-10 nm Lithography, and Nonvolatile Memory Applications

  • 정연식
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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    • pp.108-109
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    • 2012
  • This talk will begin with the demonstration of facile synthesis of silicon nanostructures using the magnesiothermic reduction on silica nanostructures prepared via self-assembly, which will be followed by the characterization results of their performance for energy storage. This talk will also report the fabrication and characterization of highly porous, stretchable, and conductive polymer nanocomposites embedded with carbon nanotubes (CNTs) for application in flexible lithium-ion batteries. It will be presented that the porous CNT-embedded PDMS nanocomposites are capable of good electrochemical performance with mechanical flexibility, suggesting these nanocomposites could be outstanding anode candidates for use in flexible lithium-ion batteries. Directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCPs) can generate uniform and periodic patterns within guiding templates, and has been one of the promising nanofabrication methodologies for resolving the resolution limit of optical lithography. BCP self-assembly processing is scalable and of low cost, and is well-suited for integration with existing semiconductor manufacturing techniques. This talk will introduce recent research results (of my research group) on the self-assembly of Si-containing block copolymers for the achievement of sub-10 nm resolution, fast pattern generation, transfer-printing capability onto nonplanar substrates, and device applications for nonvolatile memories. An extraordinarily facile nanofabrication approach that enables sub-10 nm resolutions through the synergic combination of nanotransfer printing (nTP) and DSA of block copolymers is also introduced. This simple printing method can be applied on oxides, metals, polymers, and non-planar substrates without pretreatments. This talk will also report the direct formation of ordered memristor nanostructures on metal and graphene electrodes by the self-assembly of Si-containing BCPs. This approach offers a practical pathway to fabricate high-density resistive memory devices without using high-cost lithography and pattern-transfer processes. Finally, this talk will present a novel approach that can relieve the power consumption issue of phase-change memories by incorporating a thin $SiO_x$ layer formed by BCP self-assembly, which locally blocks the contact between a heater electrode and a phase-change material and reduces the phase-change volume. The writing current decreases by 5 times (corresponding to a power reduction of 1/20) as the occupying area fraction of $SiO_x$ nanostructures varies.

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압전 재료를 이용한 나무형 풍력 발전 시스템 개발 (Development of a Tree-shaped Wind Power System Using Piezo-electric Materials)

  • 오승진;한현주;한수빈;임상훈;천원기
    • 한국태양에너지학회 논문집
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    • 제28권3호
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    • pp.53-59
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    • 2008
  • This paper reports an experimental investigation to design a tree-shaped wind power system using piezo-electric materials. The proposed system is to produce power if wind is strong enough to produce any bending motions in the energy converting elements, i.e., piezo-electric materials. Two different kinds of piezoelectric materials are used in the present study to produce power by scavenging energy from the wind. The soft flexible one made the leaf element while the hard one was applied to the trunk portion of the tree requiring rather strong winds to generate any power. Although small, each leaf deems to play the role of a power producer and currents are continuously trickling down to the storage battery installed at the bottom of the system.

환원된 그래핀/단일벽 탄소나노튜브 복합체를 이용한 플렉시블 에너지 저장 매체의 개발 (Development of flexible energy storage device based on reduced graphene oxide (rGO)/single-walled carbon nanotubes (SWNTs) composite)

  • 유영환;조재봉;김용렬;정현택
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제33권3호
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    • pp.593-598
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    • 2016
  • 본 연구에서는 유연성을 갖는 전극 제조를 위해 환원된 그래핀 옥사이드/단일벽 탄소나노튜브 복합체를 금이 코팅된 PET 기판 위에 스프레이 코팅하였다. 제조된 플렉시블한 전극의 전기 용량 값은 1 M의 황산 전해질과 $100mVs^{-1}$ 의 주사속도에서 $82Fg^{-1}$ 으로 측정 되었으며, 이 용량 값은 500 번의 굽힘 시험 후에 $38Fg^{-1}$ 로 감소되는 현상을 확인 하였다. 또한, 이러한 결과는 정전류 충방전과 전기화학 임피던스법을 포함한 전기화학적 분석 결과와도 부합하는 결과를 나타내었다. 유연성을 갖는 환원된 그래핀 옥사이드/단일벽 탄소나노튜브 복합체 전극은 500회의 반복적인 굽힘 시험 후에도 대략 50%의 초기 전기 용량 값을 유지 할 수 있었으며, 이러한 여러 가지 전기화학적 특성을 고려하여 볼 때 미래 개발 가능한 플렉시블한 에너지 저장 매체로써의 적용이 가능 하다는 점을 확인 할 수 있었다.

Examination of excess electricity generation patterns in South Korea under the renewable initiative for 2030

  • Kim, Philseo;Cho, So-Bin;Yim, Man-Sung
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제54권8호
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    • pp.2883-2897
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    • 2022
  • According to the Renewable Energy 3020 Implementation Plan announced in 2017 by the South Korean government, the electricity share of renewable energy will be expanded to 20% of the total electricity generation by 2030. Given the intermittency of electricity generation from renewable energy, realization of such a plan presents challenges to managing South Korea's isolated national electric grid and implies potentially large excess electricity generation in certain situations. The purpose of this study is: 1) to develop a model to accurately simulate the effects of excess electricity generation from renewables which would arise during the transition, and 2) to propose strategies to manage excess electricity generation through effective utilization of domestic electricity generating capabilities. Our results show that in periods of greater PV and wind power, namely the spring and fall seasons, the frequency of excess electricity generation increases, while electricity demand decreases. This being the case, flexible operation of coal and nuclear power plants along with LNG and pumped-storage hydroelectricity can be used to counterbalance the excess electricity generation from renewables. In addition, nuclear energy plays an important role in reducing CO2 emissions and electricity costs unlike the fossil fuel-based generation sources outlined in the 8th Basic Plan.

적정 전원 구성에 관한 연구 - 비전 2030 (A Study on Best Generation Mix - Vision 2030)

  • 정상헌;박정제;사박;오량;최재석;김진우;이유수
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 2007년도 추계학술대회 논문집 전력기술부문
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    • pp.176-179
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    • 2007
  • This paper proposes a fuzzy linear programming based solution approach fur the long-term generation mix with multi-stages (years) considering air pollution constraints on $CO_2$ emissions, under uncertain circumstances as like as ambiguities of budget and reliability criterion level. This paper approaches to generation mix problem for 2030 year in Korea eventually. The proposed approach may give more flexible solution rather than too robust plan. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated by applying it to solve the multi-years best generation mix problem on the Korea power system which contains nuclear, coal, LNG, oil and pumped-storage hydro plants.

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Ti3C2TX MXene 기반 유연 전극 기술 개발 동향 (Technical Trends of Ti3C2TX MXene-based Flexible Electrodes)

  • 최수빈;미나자간싱;김종웅
    • 마이크로전자및패키징학회지
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    • 제29권1호
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    • pp.17-33
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    • 2022
  • 2011년 Naguib 그룹에서 처음 보고한 Ti3C2TX MXene은 우수한 친수성, 전기 전도성 및 기계적/화학적 안정성으로 인해 큰 주목을 받고 있다. 특히, MXene은 수 나노미터 두께를 지닌 2차원 물질이므로 유연성을 확보하기에 용이하기 때문에 스마트 센서, 에너지 하베스팅/저장 시스템, 수퍼커패시터 및 전자기 차폐 시스템 등 여러 분야에 적용하고자 한 연구 결과가 많이 보고되었다. 본 논문에서는 Ti3C2TX MXene의 다양한 합성 공정 및 특성에 대해 간략히 소개한 후, Ti3C2TX MXene을 유연 전극 물질로 이용한 최근 연구 결과를 알아보고자 한다.