• 한국재료학회지
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• 제29권6호
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• pp.371-377
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• 2019

A flexible piezoelectric energy harvester(f-PEH) that converts tiny mechanical and vibrational energy resources into electric signals without any restraints is drawing attention as a self-powered source to operate flexible electronic systems. In particular, the nanocomposites-based f-PEHs fabricated by a simple and low-cost spin-coating method show a mechanically stable and high output performance compared to only piezoelectric polymers or perovskite thin films. Here, the non-piezoelectric polymer matrix of the nanocomposite-based f-PEH is replaced by a P(VDF-TrFE) piezoelectric polymer to improve the output performance generated from the f-PEH. The piezoelectric hybrid nanocomposite is produced by distributing the perovskite PZT nanoparticles inside the piezoelectric elastomer; subsequently, the piezoelectric hybrid material is spin-coated onto a thin metal substrate to achieve a nanocomposite-based f-PEH. A fabricated energy device after a two-step poling process shows a maximum output voltage of 9.4 V and a current of 160 nA under repeated mechanical bending. Finite element analysis(FEA) simulation results support the experimental results.

• Journal of Power Electronics
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• 제12권6호
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• pp.954-959
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• 2012

A hybrid switch that uses a microelectromechanical system (MEMS) switch as a gate driver of a MOSFET is applied to an energy harvesting system. The power management circuit adopting the hybrid switch provides ultralow leakage, self-referencing, and high current handling capability. Measurements show that solar energy harvester circuit utilizing the MEMS-MOSFET hybrid switch accumulates energy and charges a battery or drive a resistive load without any constant power supply and reference voltage. The leakage current during energy accumulation is less than 10 pA. The power management circuit adopting the proposed hybrid switch is believed to be an ideal solution to self-powered wireless sensor nodes in smart grid systems.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권1호
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• pp.72-79
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• 2022

Piezoelectric energy harvesting technologies, which can be used to convert the electricity from the mechanical energy, have been developed in order to assist or power the wearable electronics. To realize non-toxic and biocompatible electronics, the lead-free (Ba_0.85Ca_0.15)(Ti_0.90Zr_0.10)O₃ (BCTZ) nanoparticles (NPs) are being studied with a great attention as flexible energy harvesting device. Herein, piezoelectric hybrid nanocomposites were fabricated using BCTZ NPs-embedded poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] matrix to improve the performance of flexible energy harvester. Output performance of the fabricated energy device was investigated by the well-optimized measurement system during the periodically bending and releasing motions. The generated open-circuit voltage and the short-circuit current of the piezoelectric hybrid nanocomposite-based energy harvester reached up to ~15 V and ~1.1 ㎂, respectively; moreover, the instantaneous power of 3.5 ㎼ is determined from load voltage and current at the external load of 20 MΩ. This research is expected to cultivate a new approach to high-performance wearable self-powering electronics.

• 세라미스트
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• 제23권1호
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• pp.54-88
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• 2020

Global effort has resulted in tremendous progress with energy harvesters that extract mechanical energy from ambient sources, convert it to electrical energy, and use it for systems such as wrist watches, mobile electronic devices, wireless sensor nodes, health monitoring, and biosensors. However, harvesting a single energy source only still pauses a great challenge in driving sustainable and maintenance-free monitoring and sensing devices. Over the last few years, research on high-performance mechanical energy harvesters at the micro and nanoscale has been directed toward the development of hybrid devices that either aim to harvest mechanical energy in addition to other types of energies simultaneously or to exploit multiple mechanisms to more effectively harvest mechanical energy. Herein, we appraise the rational designs for multiple energy harvesting, specifically state-of-the-art hybrid mechanical energy harvesters that employ multiple piezoelectric and triboelectric mechanisms to efficiently harvest mechanical energy. We identify the critical material parameters and device design criteria that lead to high-performance hybrid mechanical energy harvesters. Finally, we address the future perspectives and remaining challenges in the field.

• 토지주택연구
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• 제7권4호
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• pp.307-314
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• 2016

이 연구는 평소에 주변에 상존하지만 버려지는 미활용 에너지를 수확하여 전기로 생산하는 에너지하베스팅에 관한 것이다. 이 연구에서는 다양한 에너지원들 중에서 도로나 주차장을 주행하는 차량의 진동과 압력을 동시에 활용하는 하이브리드 방식의 에너지 하베스터를 개발하였다. 1단계 연구에서는 프로토타입 에너지하베스터, 이를 개선된 하이브리드 모듈, 그리고 하이브리드 모듈의 성능을 개선한 최종 모듈을 개발하였으며, 그 결과는 이전 논문으로 발표하였다. 본 논문은 최종 개발된 하이브리드 모듈을 실제 주차장에 설치하여 차량의 주행에 따른 압력과 진동, 그리고 차량주행 속도에 따른 발전성능을 측정하고 앞서 발표된 실험실 조건에서의 측정결과와 비교하였다. 선행연구에서 수행한 실험실 조건에서의 에너지블록의 최대전력은 1회 가진시 1.066W, 5회연속 가진시 1.830W로 측정되었다. 반면에 이 연구에서 실시한 실제 주차장 주행차량 속도별 측정결과는 5km/h 주행시 평균 0.310W, 10km/h에서 0.670W, 20km/h에서 1.250W, 30km/h에서 2.1600W로 측정되었다. 즉, 차량의 주행속도가 높을수록 발전성능은 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 실험실조건에 대비해서 주행속도 20km/h까지는 발전성능이 떨어지며, 실험실 조건의 1회 가진시 대비해서는 20km/h이상, 그리고 5회연속가진에 대비해서는 30km/h 이상일 때 발전성능이 높은 것으로 측정되었다. 이는 실험실과 실제차량이라는 재하조건의 차이로 사료된다. 따라서 향후 도로용 에너지블록의 적용은 주차장 조건보다는 주행도로용으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 사료된다.

• 토지주택연구
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• 제5권2호
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• pp.99-106
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• 2014

이 연구에서는 주택과 도시 시설물에 적용이 가능하고, 시설물의 수요특성에 적합한 맞춤형 하이브리드형 에너지블록을 압전과 전자기 유도방식을 동시에 활용하여 개발하고자 하였다. 이를 위하여 에너지하베스팅 블록의 종류별 특성과 요구조건을 분석하고 그에 따른 에너지블록의 개선방향 및 적용방안을 도출하였다. 이러한 방안에 따라 선행연구에서 개발된 프로토타입 에너지블록의 특성 및 성능과 이 연구에서 개발된 하이브리드 에너지블록과의 성능을 비교분석 하였다. 비교결과, 하이브리드 에너지 블록이 기존 프로토타입에 비하여 1회 가진 시 12.7배, 그리고 5회 연속가진 시 28.9배의 출력을 나타냈다. 이는 연구목적인 W급의 전기에너지 생산목적에 부합되는 것으로, 주택 및 도시시설물에 적용이 가능할 것으로 사료된다.