실크 마찰을 이용한 전기 발전기 개발 - 천연 재료를 이용한 자가 발전, 친환경 기술 활용 기대 -
2. 연구내용
ㅇ 환경/인체 친화형 물질인 실크와 플라스틱 계열의 폴리이미드를 마찰재료로 사용하였고, 두 재료의 표면 전하 특성을 분석하여 발전 메커니즘을 검증하였다. 마찰 전기 발전기의 전기 에너지 발생 메커니즘은 마찰전기 효과와 정전기 유도현상으로 설명할 수 있다. 두 마찰층이 마찰되면 전기음성도 특징에 따라서, 상대적으로 전기음성도가 높은 물질이 전자를 얻고, 음의 전하를 띄게 된다. 폴리이미드의 전기음성도가 실크보다 높기 때문에, 두 물질이 마찰하면 폴리이미드 층이 음의 전하를 띄게 된다. 두 마찰 재료를 마찰하였다가 떨어뜨리면, 두재료간의 전기적 전위 차이로 인해 외부 회로를 통하여 전기적으로평형 상태가 될 때까지 전자가 이동하게 된다.
ㅇ 실제 환경에서 가해지는 외력은 크기와 형태가 무궁무진하므로, 다양한 펄스 신호를 가진 신호로 사용하여, 여러 외부 입력에 따른 발전성능을 확인하였다. 입력신호는 펄스 신호의 변수인 크기, 주파수, 듀티비(duty-ratio)를 조절하였다. 기본적으로 아치형으로 제작한 발전기를 펄스 신호 입력 하에 가진기로 눌러서 부착시켰다가 탈착시킴으로써 발전기의 출력을 테스트하였다.
ㅇ 표면적이 넓으면 대전되는 면적이 넓어져 발전성능을 향상시킬 수 있으므로, 기존의 방법 대비 간단하고, 저렴한 전기방사 기법을 이용하여 실크를 나노파이버 형태로 제작하였다. 캐스팅한 실크 필름보다 표면적이 넓은 전기 방사 실크로 만든 발전기의 성능이 개방회로전압기준 약 1.5배 향상된 것을 확인하였다.
실크 마찰을 이용한 전기발전기 개발
실크의 전기음성도가 무엇보다 높은 것을 특성으로 분석하여 마찰재료로 사용하여 전기 발전기를 개발했니
폴리이미드