코팅 용액에 따른 종이 기반 마찰전기 에너지 하베스터의 성능 특성

Abstract

최근 휴대용 (Portable) 전자기기에 대한 관심이 높아지고 있으며, 공간의 제약 없이 소형화 되어있고 인체에 부착될 수 있는 웨어러블 (Wearable) 전자기기에 대한 관심도 높아지고 있다. 이에 따라 주변에서 버려지고 있는 에너지로부터 독립된 전력 공급원을 구축하는 기술에 대한 관심도 함께 증가하고 있다. 에너지 하베스팅 (Energy Harvesting) 분야에 사용되는 마찰전기 나노제너레이터 (Triboelectric nanogenerator, TENG)는 기존의 나노제너레이터에 비해 높은 출력, 간단한 구조, 비교적 쉬운 제작 방법 등의 장점을 지니고 있다. 물, 바람, 진동, 사람의 움직임 등을 에너지원으로 이용하여 마찰전기 나노제너레이터로부터 전기에너지를 수확하는 연구가 많이 진행되고 있다. TENG가 큰 전기에너지를 내기 위해서는 넓은 표면적을 지니는 재료를 선택해야하기 때문에 재료의 표면적을 넓히기 위해 기상증착법, 스퍼터링, 리소그래피, 전기방사 등 다양한 기술을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 이런 공정들은 제작 시간이 길어짐에 따라 대량 생산이 어렵고 복잡한 공정 등의 실생활에 적용하기 어려운 단점이 있다. 본 논문에서는 기존의 TENG를 제작할 때 발생하는 문제점들을 보완하여, 간단하고 빠르게 제작할 수 있는 TENG를 제시한다. TENG의 재료로 시중에서 쉽게 구할 수 있는 종이를 이용하였고 연필을 전극으로 사용하였다. 종이와 연필의 조합으로 만들어 낼 수 있는 장점을 최대한으로 활용하였으며 이에 따라, 실생활에서도 사용 가능한 종이 기반 TENG를 제작하였다. 용액을 이용하여 간단한 코팅을 통해 추가적인 공정 없이, 종이를 활성 재료로 활용하여 TENG를 제작할 수 있었고 최대 10분 안에 공정을 마칠 수 있었다. 본 연구에서 제시한 방식은 TENG 연구에 다양한 방법으로 적용 가능할 것으로 예상된다.