| 차세대 정전류 마찰형 나노발전기 개발 | ||
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 최근, 중국과학원 베이징나노에너지시스템연구소 왕제(王傑)/왕중린(王中林) 등은 마찰대전 및 절연파괴 기반의 차세대 마찰형 나노발전기를 개발하여 최초로 마찰대전 및 공기 절연파괴 기반 정전류 출력을 구현하였다. 그 기본 원리는 "번개" 에너지의 인공적 생성 및 수집과 유사하다. 또한 마찰 전하밀도가 대기환경보다 높은 조건에서 전통적 마찰형 나노발전기의 전하밀도가 공기 절연파괴의 제한을 받는 현황을 개변시켰다. 해당 새 직류 마찰형 나노발전기는 브리지 정류기 또는 에너지저장 소자가 필요 없이 직접 전자소자를 구동시킬 수 있다. 해당 연구성과는 웨어러블 전자(Wearable electronics) 및 사물인터넷 시스템의 자가 구동시스템 소형화 추진에 도움이 될 뿐만 아니라 역학적 에너지 고효율 수집에 새 사례를 제공하였다. 해당 연구성과는 "A constant current triboelectricnanogenerator arising from electrostatic breakdown"라는 제목으로 "Science Advances"에 게재되었다. 마찰대전 및 정전기는 아주 보편적인 현상이지만 수집 및 이용이 어렵기에 관심을 받지 못하는 일종 에너지 형식이다. 2012년 왕중린이 마찰형 나노발전기(TENG)를 발명한 후 세계 과학계는 다양한 방법으로 TENG에 대한 광범위한 연구를 수행하였다. TENG는 일종 에너지 소자로서 실제 응용하려면 출력밀도를 한층 더 향상시켜야 하는데 그 핵심은 마찰 전하밀도를 증가시키는 것이다. 마찰 전하밀도는 TENG의 핵심 성능 지표이기에 TENG가 출시된 7년간 마찰 재료 선택, 표면 수식 및 개질 등 분야에서 수많은 연구를 수행하여 마찰 전하밀도를 향상시켰다. 연구팀은 단편화 및 유연성 접촉 방법을 통하여 TENG의 마찰 전하밀도를 30μC/㎡에서 300μC/㎡(Naturecommunications2016,7,12744)로 증가시켰지만 해당 전하밀도는 여전히 공기 절연파괴의 제한을 받았다. 그 후 고진공 환경에서 1,003μC/㎡(Naturecommunications2016,7,12744)의 초고 전하밀도를 구현하였다. 그러나 일반 상황에서 TENG는 대기압 환경에서 작동하기에 대부분 전하밀도는 공기 절연파괴를 통하여 방출된다. 만약 이 부분의 에너지를 수집할 수 있다면 TENG의 출력 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 TENG에 대한 인식도 개변시킬 수 있다. 전통적인 TENG는 교류 전류 출력 및 펄스 특성 등 2종 고유적 특성을 보유하고 있다. 때문에 TENG는 직접 전자소자를 구동할 수 없다. 전통적인 방법은 전파(Full-wave) 브리지 정류기 및 에너지저장 소자를 외접시켜야 안정한 직류전류 출력을 얻을 수 있는데 이는 마이크로화 자가 구동시스템 구축에 불리하다. 또한 TENG의 펄스 출력은 비교적 높은 손실계수(전류 피크값과 그 평균 제곱근의 비율값)를 보유하고 있기에 일정한 수준에서 TENG의 에너지 저장 및 전자소자 구동 효율에 영향을 미친다. 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/Yyec7Yb0FPbsw0JUUTk7pg |
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