• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권6호
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• pp.600-608
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• 2024

4차 산업혁명 시대에서 전자기기는 공간적 제약을 극복하기 위해 점점 더 소형화되고 경량화되고 있으며, 이러한 소형 전자기기들은 적은 전력을 필요로 한다. 마찰전기 에너지 발전소자는 기계적 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있어, 소형 전자기기에 적합한 소규모 발전기로 활용될 수 있다. 최근에는 마찰전기 나노 발전기의 출력을 극대화하기 위한 다양한 재료 및 구조가 연구되고 있으며, 이를 보다 정확하게 분석하기 위해 이론적 구조 해석 소프트웨어의 중요성이 증가하고 있다. COMSOL Multiphysics 소프트웨어는 마찰전기 발전소자의 전기적 특성을 정밀하게 시뮬레이션할 수 있는 방법을 제공한다. 이 tutorial status report에서는 COMSOL Multiphysics를 활용하여 마찰전기 에너지 발전소자를 모델링하고, 그 전기적 출력을 분석하는 방법을 소개한다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권7호
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• pp.550-554
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• 2013

Carbon nanotubes (CNT) / polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric composite films for nanogenerator devices were fabricated by spray coating method. When the CNT/PVDF mixture solution passes through the spray nozzle with small diameter by the compressed nitrogen gas, electric charges are generated in the liquid by a triboelectric effect. Then randomly distributed ${\beta}$ phase PVDF film could be re-oriented by the electric field resulting from the accumulated electrical charges, and might be resulted in extremely one-directionally aligned ${\beta}$ phase PVDF film without additional electric field for poling. X-ray diffraction patterns were used to investigate crystal structure of the CNT/PVDF composite films. It was confirmed that they revealed extremely large portion of the ${\beta}$ phase PVDF crystalline in the film. Therefore we could obtain the poled CNT/PVDF piezoelectric composite films by the spray coating method without additional poling process.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 전력전자학술대회
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• pp.233-235
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• 2019

에너지 하베스팅은 주변의 에너지를 수확하여 활용하는 기술로 이에 관련한 연구가 여러 분야에서 활발히 진행되고 있다. 마찰전기 나노발전기는 물리적인 움직임이나 마찰을 통해 발생되는 정전기를 이용하여 센서나 웨어러블 디바이스에 활용하는 에너지 하베스팅 기술 중 하나이다. 마찰전기 나노발전기는 ${\mu}W$(마이크로와트) 단위의 미소 전력을 생산함에도 불구하고, 다른 에너지 하베스팅 발전기들과 비교하여 큰 임피던스를 가지고 있어서 전력을 전달하기에 어려움이 있다. 또한 마찰전기 나노 발전기의 출력 전력은 Spike성 Pulse Train의 형태여서 다이오드 정류기가 필요하기 때문에, 정류기의 입력 임피던스와 마찰전기 나노 발전기의 출력 임피던스에 대한 분석을 이용한 임피던스 매칭 설계가 필요하다. 본 연구에서는 다이오드 정류기의 임피던스 모델을 유도하여 마찰전기 나노 발전기의 내부 임피던스와의 매칭을 통해 최대 전력을 전달하는 커패시터와 출력 부하 설계를 목표로 한다. 유도한 임피던스 모델에 대하여 실제 전력 실험을 통해 모델의 유효성과 정확성을 검증하고자 한다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.473-480
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• 2018

2012년에 에너지 하베스팅을 위한 새로운 에너지 획득 방안인 TENG가 제시되었다. 동작에 따라 마찰 혹은 진동으로 전력을 생산하는 TENG는 새로운 에너지 하베스팅의 발전방안으로 소자 측면에서 많은 연구가 되고 있다. 하지만, TENG는 높은 전압(Voltage)과 낮은 전류(Current)의 문제를 지닌다. 이에 따라서 에너지의 저장과 변환을 위한 반도체 소자 혹은 회로적인 다양한 접근방안이 요구된다. 특히 5Hz 이하의 비규칙적인 발전에서의 변환 저장 기술은 이론적 연구보다 많은 경험이 요구된다. 본 연구는 발전 플랫폼을 저장 기술과 함께 대형동물의 움직임에 따른 발전소자의 실시간 발전 정보를 능동적 BLE 제어를 이용하여 송수신하고 이를 검증하였다.

• Tribology and Lubricants
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• 제37권2호
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• pp.71-76
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• 2021

As opposed to using fossil fuels, we need to use eco-friendly resources such as sunlight, raindrops and wind to produce electricity and combat environmental pollution. A triboelectric nanogenerator (TENG) is a device that converts mechanical energy into electricity by inducing repetitive contact and separation of two dissimilar materials. During the contact and separation processes, electron flow occurs owing to a change in electric potential of the contacting surface caused by contact electrification and electrostatic induction mechanisms. A solid-solid contact TENG is widely known, but it is possible to generate electricity via liquid-solid contact. Therefore, by designing a hydrophobic TENG, we can gather electricity from raindrop energy in a feasible manner. To fabricate the superhydrophobic surface of TENGs, we employ a dip coating technique to synthesize an octadecylamine (ODA)- and polydimethylsiloxane (PDMS)-based coating on polyethylene terephthalate (PET). The synthesized coating exhibits superhydrophobicity with a contact angle greater than 150° and generates a current of 2.2 ㎂/L while water droplets fall onto it continuously. Hence, we prepare a box-type TENG, with the ODA/PDMS coating deposited on the inside, and place a 1.5 mL water droplet into it. Resultantly, we confirm that the induced vibration causes continuous impacts between the ODA/PDMS coating and the water, generating approximately 100 pA for each impact.

• 한국분말재료학회지
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• 제27권3호
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• pp.247-255
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• 2020

Recently, interest in technology for eco-friendly energy harvesting has been increasing. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is one of the most fascinating materials that has been used in energy harvesting technology as well as micro-filters by utilizing an electrostatic effect. To enhance the performance of the electrostatic effect-based nanogenerator, most studies have focused on enlarging the contact surface area of the pair of materials with different triboelectric series. For this reason, one-dimensional nanofibers have been widely used recently. In order to realize practical energy-harvesting applications, PVDF nanofibers are modified by enlarging their contact surface area, modulating the microstructure of the surface, and maximizing the fraction of the ν-phase by incorporating additives or forming composites with inorganic nanoparticles. Among them, nanocomposite structures incorporating various nanoparticles have been widely investigated to increase the β-phase through strong hydrogen bonding or ion-dipole interactions with -CF₂/CH₂- of PVDF as well as to enhance the mechanical strength. In this study, we report the recent advances in the nanocomposite structure of PVDF nanofibers and inorganic nanopowders.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.256-256
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• 2013

Carbon nanotubes (CNT) / polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric composite films for nanogenerator devices were fabricated by spray coating method. When the CNT/PVDF mixture solution passes through the spray nozzle with small diameter by the compressed nitrogen gas, electric charges are generated in the liquid by a triboelectric effect. Then randomly distributed ${\beta}$ phase PVDF film could be re-oriented by the electric field resulting from the accumulated electrical charges, and might be resulted in extremely one-directionally aligned ${\beta}$ phase PVDF film without additional electric field for poling. X-ray diffraction patterns were used to investigate crystal structure of the CNT/PVDF composite films. It was confirmed that they revealed extremely large portion of the ${\beta}$ phase PVDF crystalline in the film. Therefore we could obtain the poled CNT/PVDF piezoelectric composite films by the spray coating method without additional poling process. Charge accumulation and resulting electric field generation mechanism by spray coating method were shown in Fig. 1. The capacitance of the CNT/PVDF films increased by adding CNTs into the PVDF matrix, and finally saturated. However, the I-V curves didn't show any saturation effect in the CNT concentration range of 0~4 wt%. Therefore we can control the performance of the devices fabricated from the CNT/PVDF composite film by adjusting the current level resulted from the CNT concentration with the uniform capacitance value.

• 한국포장학회지
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• 제29권3호
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• pp.223-228
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• 2023

Sustainable energy supplies without the recharging and replacement of the charge storage device have become increasingly important. Among various energy harvesters, the triboelectric nanogenerator (TENG) has attracted considerable attention due to its high instantaneous output power, broad selection of available materials, eco-friendly and inexpensive fabrication process, and various working modes customized for target applications. In this study, the amount of voltage and current generated was measured by applying the PSD profile random vibration test of the electronic vibration tester and ISTA 3A according to the time of Anodized Aluminum Oxide (AAO) pore widening of the manufactured TENG device Teflon and AAO. The discharge and charging tests of the integrated module during the random simulated transport environment and the recognition distance of RFID were measured while agricultural products (onion) were loaded into the returnable folding plastic box. As a result, it was found that AAO alumina etching processing time to maximize TENG performance was optimal at 31 min in terms of voltage and current generation, and the integrated module applied with the TENG module showed a charging effect even during the continuous use of RFID, so the voltage was kept constant without discharge. In addition, the RFID recognition distance of the integrated module was measured as a maximum of 1.4 m. Therefore, it was found that the surface condition of AAO, a TENG element, has a great influence on the power generation of the integrated module, and due to the characteristics of TENG, the power generation increases as the surface dries, so it is judged that the power generation can be increased if the surface drying treatment (ozone treatment, etc.) of AAO is applied in the future.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.243-248
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• 2022

휴대형, 착용형 전자기기의 활용범위가 넓어지면서, 무겁고 부피가 큰 고체 배터리의 한계점이 드러나고 있으며, 배터리의 역할을 일부 분담할 수 있는 소형 에너지 수확 장치의 개발이 시급한 가운데, 일상 생활 속에서 버려지는 에너지원에 대한 활용도가 중요해지고 있다. 정전발전 기술은 두 물질 표면의 접촉과 분리에 의해 발생되는 마찰대전 효과와 전하유도 현상에 기반해 전기를 생산할 수 있기 때문에, 주변환경에 존재하는 역학적, 기계적 에너지원을 복잡한 중간과정을 거치지 않고도 효과적으로 수확할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 인간의 주변환경에 존재하는 에너지원 중에서도 바람에너지는 자연환경에 존재하는 무한한 친환경 에너지원으로써, 그 수확과 활용에 대한 관심이 높은 신재생 에너지원이다. 본 연구에서는 정전발전 기술을 기반으로 하여 이러한 바람에너지의 효과적 수확을 위한 에너지 수확 장치의 최적화와 정전발전 기술의 활용도를 극대화할 수 있는 활용 방안에 대해 분석하였다. Fluttering film을 이용한 Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG)를 개발하였으며, 바람에너지의 효과적 수확을 위해 설계 최적화를 진행하였다. 또한 낮은 전류와 높은 전압을 발생시키는 TENG의 고유 특징을 부각하여 안전한 고전압 발생 시스템을 개발하여 고전압을 요구하는 분야에서의 활용 방안을 제안하였다. 따라서 본 연구에서 도출한 연구 결과는 정전발전 기술을 기반으로 하는 소형 에너지 수확장치를 이용해 일상생활 속에서 버려지는 바람에너지를 수확하여 고전압이 필요한 분야에서 폭넓게 활용할 수 있는 방법으로써 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다.