마찰전기 에너지 수확(TENG)

 

 - 마찰 전기 나노 발전기 (TENG)는 마찰 전기 효과와 정전기 유도의 결합을 기반으로 큰 발전을 이루었습니다. 이러한 방식으로 기계적 운동에 의해 생성된 에너지를 전기 신호로 변환하는 TENG로 사용 가능합니다. TENG는 소형 크기, 높은 집적도와 같은 고유한 특성과 웨어러블 기술 적용을 가능하게 만듭니다. 그러나 TENG 성능에 영향을 미칠 수 있는 외부 기계적 자극 또는 내부 기계적 마찰과 같은 의도하지 않은 파괴으로 인해 잠재적으로 손상 될 수 있습니다. 

 

- 따라서 수명을 연장하기 위해 자가 치유 가능한 TENG를 설계하는 것이 중요합니다. 이 연구는 폴리 (비닐 알코올) / 아가 로스 하이드로 겔로 제작하여 변형성이 높고 기계적 및 전기적으로 자가 치유 가능한 소프트 하이드로 겔 기반의 마찰 전기 나노 발전기 (HS-TENG)를 제작했습니다. 광열 활성 폴리 도파민 입자와 다중벽 탄소 나노 튜브 (MWCNT)의 결합하여 HS-TENG가 근적외선 (NIR) 빛에 자가 치유 효과를 발휘합니다. 동시에 HS-TENG의 자가 치유는 활성 붕산염 결합을 하이드로 겔에 도입하면 25 °C에서 일어납니다. HS-TENG를 다양한 변형으로 두드림으로써 상업용 LED에 지속 가능한 에너지를 충전 할 수 있습니다. 단일 전극 모드에서 HS-TENG의 전기 출력은 단락 전송 전하 (Q sc ), 개방 회로 전압 ( V oc ) 및 단락 전류 ( J sc )는 각각 ∼32 nC, ∼95 V 및 ∼1.5 μA로 향상된 수치를 나타냅니다. 또한 MWCNT가 균등하게 분산되기 때문에 200 % 변형에서도 안정적으로 유지되고 HS-TENG에서 전도성 필러 역할을 합니다.

 

- 고분자 사슬의 가교 네트워크를 포함하고 자연적으로 존재하는 환경 친화적인 물질인 하이드로 겔을 TENG에 적용하여 생체적합성가 매우 적합합니다. 뛰어난 생체 적합성과 우수한 기계적 특성을 가진 PVA (Poly (vinyl alcohol)) 기반 하이드로 겔은 웨어러블 장치의 TENG로 쓸 수 있습니다.

 

- 웨어러블 장치에서 사용하려면 TENG가 자체 치유 가능하도록 몇 가지 수정하여 안정성과 지속 가능성을 가져야 합니다. 특히, 자가 치유 가능한 마찰 에 초점을 맞춘 기존 연구와는 달리 본 연구는 자가 치유 가능한 전극층으로 새로운 TENG를 제작할 가치가 있습니다. 특히 균열된 마찰 전기 층은 마찰 전기 층의 출력이 전체 면적에 의해 결정되기 때문에 최종 전기 성능에 큰 영향을 미치지 않습니다. 여기에서 우리는 광열 활성 폴리 도파민 입자 (PDAP) 및 다중 벽 탄소 나노 튜브 (MWCNT) 및 물 활성 동적 붕산염 결합을 PVA에 도입하여 달성 된 친환경 하이드로 겔 기반자가 치유 TENG (HS-TENG)의 새로운 디자인을 제시합니다.

 

 

웨어러블 전자 장치에 대해 다른 사람의 동작을 사용하는 HS-TENG 의 시연

- 인간의 운동 에너지를 수확하는 소프트 에너지 장치로서의 적용 가능성은 HS-TENG를 다양한 변형으로 두드림으로써 입증되었으며, 정류된 전기는 지속 가능한 에너지로 상용 LED를 충전 할 수 있습니다. 높은 유연성 / 신축성 및 치유 능력을 갖춘 HS-TENG는 많은 소프트 장치에 전력을 공급하는데 매우 유망합니다. 이 작업은 웨어러블 전자 장치에 사용하기 위해 TENG의 신뢰성을 확장하고 잠재적으로 소프트 전자 장치의 에너지 문제를 해결하는 이중자가 치유 모드로 TENG를 설계하는 실행 가능한 기술을 제공합니다.

 

HS-TENG 의 회로도 및 전기적 출력 성능 / HS-TENG의 계층 구조 / HS-TENG의 작동 메커니즘의 개략도. 

 

 

 

 

< 출 처 >

 

Guan, Qingbao, et al. "Highly efficient self-healable and dual responsive hydrogel-based deformable triboelectric nanogenerators for wearable electronics." Journal of Materials Chemistry A 7.23 (2019): 13948-13955.

 

논문 제목 : Highly efficient self-healable and dual responsive hydrogel-based deformable triboelectric nanogenerators for wearable electronics

 

DOI: 10.1039/C9TA02711D (Paper) J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 13948-13955