• 제목/요약/키워드: Piezoelectric energy harvesting device

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마찰전기 효과가 접목된 하이브리드 자기-기계-전기 발전 소자의 출력 특성 향상연구 (Enhancement of Power Generation in Hybrid Magneto-Mechano-Electric Generator with Triboelectric Effect)

  • 백창민;김민우;이지원;김현아;정지윤;윤준현;김효일;박예진;김기훈;김소화;김승헌;김정민;이혜선;장정원;정민교;최진혁;하승연;이승아;최한승;류정호
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제35권6호
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    • pp.639-646
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    • 2022
  • Energy harvesting technologies that can convert wasted various energy into usable electrical energy have been widely investigated to overcome the limitation of batteries for the powering of IoT sensors and small electronic devices. Hybrid energy harvesting is known as a technology that enhances the output power of single energy harvesting device by housing two or more various energy harvesting mechanisms. In this study, we introduce a hybrid MME (Magneto-Mechano-Electric) generator coupled with the triboelectric effect. Through FEA modeling, four triboelectric materials, including PI (Polyimide), PFA(Teflon), Cu, and Al, were selected and compared with the expected triboelectric potentials. The effect of surface morphology was investigated as well. Among various combination of triboelectric materials and surface morphologies, PFA-Al combination with the surface morphology having nano-scale square projections showed highest output potential under triboelectrification. It is also experimentally confirmed that output voltage and power of the hybrid MME generator with triboelectric material combinations.

압전-복합재료 발전 소자의 설계 및 특성 (Design of a Piezocomposite Generating Element and Its Characteristics)

  • 띠앵민드리;김종화;구남서
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제34권7호
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    • pp.867-872
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    • 2010
  • 자연계에 존재하지만 사용되지 못 하고 버려지는 에너지를 효과적으로 채집하여 배터리를 충전하거나 전기 장치에 전기 에너지를 공급하는 에너지 하베스팅에 대한 연구를 수행하였다. 압전재료는 물체의 움직임이나 진동으로부터 에너지를 채집하는 주요한 재료로 널리 연구되고 있다. 본 논문에서는 기존의 PZT 압전 특성을 개량하고자 압전-복합재료 발전소자(Piezo-Composite Generating Element, 이하 PCGE)를 도입하여 성능 예측모델을 제안하고 이를 실험적으로 검증하였다. PCGE는 탄소/에폭시, PZT, 유리/에폭시 층으로 구성된다. 제작 과정에서 적층된 PCGE는 오토클레이브 안에서 $177^{\circ}C$의 온도에서 성형되는데, 이때 PCGE 내부에 초기잔류응력이 발생하게 되어 압전재료의 성능이 변화하게 된다. 세 종류의 PCGE를 제작한 후 에너지 채집 실험을 수행하여 제안된 성능 예측모델의 타당성과 기계적 진동을 전기적 에너지로 변환되는 성능을 검증하였다. 실험 결과 이론적인 성능 예측모델이 실험 결과와 잘 일치함을 확인하였다.

Pb(Zr0.54Ti0.46)O3 + 0.2 wt% Cr2O3 + 1.0 wt% Nb2O5 조성의 압전 후막을 이용한 유니몰프형 캔틸레버 발전기(UCG)의 최적화 (Optimization of the Unimorph Cantilever Generator (UCG) Using Pb(Zr0.54Ti0.46)O3 + 0.2 wt% Cr2O3 + 1.0 wt% Nb2O5 thick films)

  • 김경범;김창일;윤지선;정영훈;남중희;조정호;백종후;남산;성태현
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제25권12호
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    • pp.955-960
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    • 2012
  • We fabricated piezoelectric unimorph cantilever generators (UCG) using $Pb(Zr_{0.54}Ti_{0.46})O_3$ + 0.2 wt% $Cr_2O_3$ + 1.0 wt% $Nb_2O_5$ (PZCN) piezoelectric thick films, which were produced by a tape casting method. The PZCN thick films were tailored with same width and thickness but different lengths from 7.7 to 57.7 mm in order to evaluate optimized UCG for energy harvesting device applications. When the length of PZCN film was increased, the resonance frequency of UCG was slightly increased from 7 Hz to 8 Hz, which could be due to enlarged area of the highly stiff piezo-ceramic film. However, the output power was proportionally increased with the length of PZCT film and it reached 4.68 mW (1.221 $mW/cm^3$) when the film's length was 57.7 mm under 25 g of tip mass at 8 Hz, which is sufficient for micro-scale device applications.