PZT계 압전 세라믹 파이버 어레이 복합체를 이용한 미소 풍력 에너지 하베스터

이민선; 나용현; 박진우; 정영훈

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자료유형: 학술저널

저자정보: 이민선 나용현 박진우 정영훈

저널정보: 한국전기전자재료학회 전기전자재료학회논문지 전기전자재료학회논문지 제32권 제5호

발행연도: 2019.1

수록면: 418 - 425 (8page)

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본 연구에서는 0.69Pb(Zr0.47Ti0.53)O3-0.31[Pb(Zn0.4Ni0.6)1/3Nb2/3]O3 (PZT-PZNN) 세라믹을 이용하여 두께 모드를 갖는 압전 세라믹 파이버 복합체(PCFC)를 제조한 후 5개의 PZT-PZNN PCFC 어레이 구조와 50 ㎛ 두께의 SUS 탄성 기판을 이용한 PZT-PZNN PCFC 캔틸레버 어레이 구조의 flutter형 미소 풍력 에너지 하베스터를 각각 제조하였다. PZT-PZNN PCFC는 에폭시 매트릭스 소재와 Ag/Pd 표면 전극을 갖는 14 mm(가로) x 50 mm(세로) x 0.1 mm(두께) 크기의 PZT-PZNN 세라믹 파이버 어레이가 Cu/PET 필름 사이에 삽입된 구조를 가진다. 제조한 두 종류의 flutter형 미소 풍력 에너지 하베스터를 이용하여 부하저항과 풍속의 변화에 따른 에너지 하베스팅 성능을 비교 평가하였다. 두 시험체 모두 풍속이 2 m/s에서 10 m/s로 증가함에 따라 출력 전압과 출력 전력 모두 증가하는 경향을 나타내었다. 특히, PCFC 캔틸레버 어레이 구조 하베스터의 경우 10 m/s의 풍속과 14 kΩ의 조건에서 15.1 μW의 최대 출력 전력 특성을 나타내며, 총 부피를 고려한 약 9.2 μW/cm3의 전력밀도를 나타내었다. 이는 동일한 풍속에서 약 0.15 ㎼/cm3의 출력 전력 밀도를 나타낸 PCFC 어레이 구조 하베스터의 특성과 비교하면 약 61배 높은 우수한 성능임을 확인할 수 있다. 이러한 PCFC 캔틸레버 어레이를 이용한 flutter 구조의 미소 풍력 에너지 하베스터는 다양한 IoT 기기에 지속가능한 전력을 공급할 수 있는 가능성을 가지는 것으로 평가된다.

참고문헌 (20)

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Liya Zhao / 2017 / On the modeling methods of small-scale piezoelectric wind energy harvesting / Smart Structures and Systems, An International Journal 19(1):67~90

Yilin Guo / 2019 / Harvesting wind energy: A hybridized design of pinwheel by coupling triboelectrification and electromagnetic induction effects / Nano Energy 60:641~648

Zhenfu Zhao / 2016 / Freestanding Flag-Type Triboelectric Nanogenerator for Harvesting High-Altitude Wind Energy from Arbitrary Directions / ACS Nano 10(2):1780~1787

N. Wu / 2013 / Smart Mater. Struct 22:095023

Santiago Orrego / 2017 / Harvesting ambient wind energy with an inverted piezoelectric flag / Applied Energy 194:212~222

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