에너지/환경

한 방울의 물로 100개의 LED등을 밝힐 수 있는 신형 액적식 발전기 개발

발행일 : 2020 / 02 / 27

홍콩시립대학교 연구팀은 신형 액적식 발전기를 개발했다. 해당 액적 발전기는 트랜지스터와 유사한 구조를 설치하여 순간 출력 밀도를 기존의 유사 액적 발전기보다 수천 배 증가시키고 전기에너지 변환 효율을 대폭 향상시켰다. 해당 성과는 “Nature”에 게재되었다.

전통 액적 발전기는 액적이 표면을 충격할 때 생기는 마찰과 정전감응을 통해 전력을 생성하지만, 표면 마찰 전하 수량의 제한으로 전기에너지 변환 효율이 비교적 낮다. 연구팀은 두 가지 핵심적인 발견을 통해 상술한 문제점을 극복했다. 1, 물방울이 장기적으로 전하를 띤 일렉트렛 재료 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 지속적으로 충격할 경우, 생성되는 표면 정전하는 포화 수준까지 지속적으로 누적된다. 2, 유사 필드 효과 트랜지스터의 독특한 구조를 개발하였다. 해당 구조는 하나의 알루미늄 전극과 하나의 표면에 PTFE 막박층을 증착한 ITO(Indium Tin Oxide) 전극으로 구성된다. 물방울이 PTFE/ITO를 충격하고 표면에서 산개할 경우, 전도성을 가진 물은 알류미늄 전극과 PTFE/ITO 전극 사이의 통로를 “연결”시켜 통전할 수 있는 완전한 회로를 형성한다. 해당 설계에 기반하여 연속적인 물방울은 PTFE상에 고밀도 표면 정전하를 축적시킨다. 아울러, 물방울이 두 전극을 연결할 때마다 PTFE에 축적된 모든 전하는 전부 방출되어 전류를 생성한다. 따라서, 순간 출력 밀도와 전기에너지 변환 효율은 모두 대폭 상승한다.

연구 결과, 한 방울의 100µl 물이 15cm 높이에서 떨어질 때, 140볼트 이상의 전압을 생성할 수 있으며 발전기가 생성하는 전기에너지는 100개의 작은 LED 등을 밝힐 수 있다. 해당 성과는 향후 선박 선체, 해안선, 심지어 우산 표면과 같은 다양한 액체와 고체 접촉 표면에 보급 장착되어 저주파의 물 역학적 에너지를 충분히 이용할 전망이다.

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