| 유연성 하이드로볼테익발전기 기반 웨어러블 에너지자가공급 센싱시스템 구축 | ||
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 중국과학원 쑤저우나노기술·나노바이오닉연구소 장팅(張珽) 연구팀은 수원(water source) 형태 및 장치구조 설계를 통해 휴대성, 유연성, 안정성이 뛰어난 하이드로볼테익발전기(hydrovoltaic power generation, HPG)를 제조하였고 또한 이를 유연전자장치 에너지공급 플랫폼으로 유연성 웨어러블 에너지자가공급 센싱시스템을 구축하였다. 해당 성과는 "Nano Energy"에 게재되었다. 최근 10여 년간 스마트 유연성 웨어러블기기가 의료건강 모니터링, 인간-기계 융합, 인공지능 등 분야에 광범위하게 응용됨에 따라 유연전자기술은 지능화, 통합화, 다기능화의 방향으로 빠르게 발전하고 있다. 비록 유연전자장치 소비전력 저감 면에서 중요한 성과를 거두었지만 에너지 공급·소비는 여전히 유연전자(Flexible Electronics) 발전을 제한하는 가장 핵심적인 요소이다. 새로운 고효율 에너지수집 기반 자율급전 유연센서 개발은 유연성 지능전자(Intelligent Electronic) 연구의 주방향으로 되었다. 아시다시피 지구 표면의 70% 이상을 채운 천연수체는 그 함량으로 말하면 가장 풍부한 자원이다. 천연수는 지리적 위치나 환경조건을 막론하고 열에너지를 흡수해 자발적으로 유동하며 증발된다. 나노구조와 물의 유동, 파동, 적하(dropping), 증발 등의 직접적 상호작용을 통해 전기를 생산하는 에너지전환 효과를 하이드로볼테익 효과(hydrovoltaic effect)라 일컫는데 이는 유연센싱시스템의 지속가능한 에너지공급 해결에 새로운 아이디어를 제공한다. 하지만 변형 조건에서 어떻게 안정적인 전기생산 및 고출력을 달성할지 그리고 경량화, 유연화 웨어러블 마이크로센싱시스템을 어떻게 구현할지는 여전히 많은 어려움이 따른다. 이를 감안해 연구팀은 폴리비닐알코올(PVA)을 사용해 기능화 탄소나노입자(FCB)를 3차원 스펀지 골격(3DS)에 바인딩(binding)시켰고 이렇게 획득한 PVA@FCB@3DS 박막과 고체 고흡수성 히드로겔의 공동조립을 통해 HPG를 구축하였다. HPG는 PVA@FCB@3DS 박막 위 상호중첩 전기2중층(EDL) 나노통로에 기반해 물의 자발적 증발을 이용하여 주위의 열량을 전기에너지로 연속 전환시킬 수 있다. 이 과정에 어떠한 외부 에너지 공급도 필요로 하지 않으며 개방전압(Voc) 및 단락전류(Isc)는 각각 0.658V, 63μA에 달했다. 이외, 유연성 HPG는 비교적 큰 범위의 굽힘변형 상태에서도 안정적인 전기생산 성능을 안정적으로 유지하였다. 해당 유연성 휴대식 물증발 구동형 HPG는 기존 하이드로볼테익발전기의 고정수조 구속으로부터 자유로워졌으며 또한 유연성 웨어러블 전자기기의 유연전원플랫폼이 되어 장치에 에너지를 공급할 수 있는 등 하이드로볼테익발전 기술의 장치형식 및 응용 영역 확장을 촉진할 전망이다. 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/rNHOm0FjeBkkwsJJ9zK5uA |
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