초록 ▼

연구의 목적 및 내용
■본 연구 과제에서는 철도/차량 및 도로/교량에서의 잉여 에너지를 활용한 에너지 생산 기술인 역 전기습윤 기술의 원천 기술 연구를 목적으로 함
■특히, 기존 역 전기습윤 기술 대비 향상된 발전 성능을 지닌 발전 모듈의 개발 연구를 진행하며, 최종 성능 목표로 50 mW/cm² 급 역 전기 습윤 발전 모듈 개발을 목표로 함
■이를 위해 높은 커패시턴스와 절연 파괴 강도를 지니는 고성능 유전막의 개발을 진행하며, 이를 통해 기존 연구 결과 대비 향상된 역 전기습윤 발전 모듈을 개발함
■또한 회

연구의 목적 및 내용
■본 연구 과제에서는 철도/차량 및 도로/교량에서의 잉여 에너지를 활용한 에너지 생산 기술인 역 전기습윤 기술의 원천 기술 연구를 목적으로 함
■특히, 기존 역 전기습윤 기술 대비 향상된 발전 성능을 지닌 발전 모듈의 개발 연구를 진행하며, 최종 성능 목표로 50 mW/cm² 급 역 전기 습윤 발전 모듈 개발을 목표로 함
■이를 위해 높은 커패시턴스와 절연 파괴 강도를 지니는 고성능 유전막의 개발을 진행하며, 이를 통해 기존 연구 결과 대비 향상된 역 전기습윤 발전 모듈을 개발함
■또한 회전 에너지를 효과적으로 수집하기 위해 회전 수집형 역 전기습윤 발전 모듈 개발에 대한 연구를 진행함
■더 나아가, 앞선 개별적 운동 모드의 발전 모듈 개발을 통해 진동 또는 회전 환경에 국한되지 않고 다양한 운동 모드에 적용될 수 있는 환경유연형 역 전기습윤 발전 모듈 개발을 목표로 함

연구개발성과
■본 연구를 진행함에 있어, 원활한 실험을 위해 진동 및 회전 수집형 역전기습윤 성능 평가용 실험 스테이션을 제작함
■기본적인 유전 물질인 Al₂O₃를 다양한 박막 증착 기술을 이용하여 효과적으로 제작하였으며, 박막의 특성 및 역 전기습윤 성능과 관련된 성질을 분석함
■특히, 원자막 증착 기술을 이용하여 타 기술 대비 높은 수준의 박막을 제작하고 우수한 성질을 확인하였으며, 이를 통해 역 전기습윤 기술의 성능을 효과적으로 향상시킴
■그 결과, 24 V의 낮은 전압 환경에서 약 11 mW/cm²의 높은 발전 밀도를 얻어내었으며, 이는 선행 연구 결과의 성능이 도출된 환경에서의 성능으로 환산 시 약 80 mW/cm²의 발전 성능을 보여줄 수 있는 고성능의 발전 모듈 개발에 성공함
■회전 수집형 역 전기습윤 발전 모듈의 경우, 앞서 개발된 고성능의 유전막을 활용하였으며, 이를 통해 24 V의 전압 환경, 16 Hz의 회전 환경에서 약 0.7 mW/cm²의 성능을 보여줌
■회전 수집형 역 전기습윤 발전 기술의 경우 회전 주파수의 영향을 크게 받으며 본 연구에서 도출된 결과를 선행 연구의 실험 조건으로 환산 시 약 120 mW/cm²의 성능의 발전 모듈이라고 할 수 있음
■또한 저속에서 매우 효과적으로 에너지를 수집할 수 있는 발전 모듈의 개발이 성공적으로 수행되었음
■추가적으로, 더 높은 발전 성능을 얻기위해 다양한 물질로 이루어진 유전막의 개발을 진행하였으며, 높은 성능의 유전막을 개발함
■추후 이를 이용하여 성능이 더욱 향상된 역 전기습윤 발전 모듈의 개발이 가능할 것으로 판단됨

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
■역 전기습윤 기술은 잉여 에너지인 진동 에너지를 수확하여 발전에 이용하기에 화석 연료나 송전선을 통한 전기 공급 없이 전기를 생산하여 이용할 수 있음
■이러한 자체적인 전력 공급으로 인해 다양한 활용처가 기대되며, 높은 효율 및 출력을 갖고 있기 때문에 보조 전원 장치로서의 역할을 수행할 수 있고 주전원 장치로의 잠재성도 갖고 있음
■다른 회생 에너지와는 달리 상하 진동, 회전 등 다양한 에너지 모드를 이용할 수 있고 미세 진동, 회전에서도 발전이 가능하여 실용성이 매우 높음
■국내외적으로 역 전기습윤 기술 개념의 디바이스화 연구나 시스템 연구는 진행되고 있지 않으며, 본 연구 과제를 통한 신속하고 치밀한 연구개발을 통해 국가적 차원의 기술 선점 및 원천 기술을 확보할 수 있는 큰 성과가 기대됨
■본 연구과제의 결과물은 역 전기습윤 기술을 이용하여 최고 수준의 발전 성능을 보여주고 있으며, 또한 일반적으로 발생하는 수준의 에너지 환경에서 높은 성능을 보여주는 결과는 추후 상용화에 큰 도움이 될 것으로 예상됨
(출처 : 요약문 3~4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
■The purpose of this research is the development of reverse electrowetting energy harvesting module that utilize surplus energy at the railroad/train and road traffic.
■Especially, the goal of performance is 50mW/cm², which is improved performance compared to existing result

Purpose & Contents
■The purpose of this research is the development of reverse electrowetting energy harvesting module that utilize surplus energy at the railroad/train and road traffic.
■Especially, the goal of performance is 50mW/cm², which is improved performance compared to existing results about reverse electrowetting energy harvesting.
■For this improvement, researches about high quality thin film that has high capacitance and breakdown strength is conducted.
■In addition, study about energy harvesting module for the rotational energy is conducted.
■By these researches, development of combined energy harvesting module that utilize both vibrational and rotational energy is conducted.

Results
■Test stations for evaluation of vibrational and rotational reverse electrowetting energy harvesting was develpoed.
■Al₂O₃, which is a typical dielectric material, was used for reverse electrowetting energy harvesting module and the thin film properties were analyzed.
■Al₂O₃ was fabricated by various deposition technique. Especially, a Al₂O₃ thin film with superior quality was deposited by atomic layer deposition, and it helps a improvemetn of reverse electrowetting performance.
■In results, high performance of 11 mW/cm² under voltage conditoin of 24 V, which is general condition compared to previous research, was achieved.
■In the case of rotational energy harvesting, the performance of 0.7 mW/cm² under low voltage and rotation condition was achieved with the high quality thin film.
■Rotational energy harvesting by reverse electrowetting is strongly related to the rotation frequency, and the test environment in this research is very general compared to the previous research.
■Thus, our rotational energy harvesting module is fitted to the general environment and it can be useful for practical applications.
■In addition, various dielectric material was researched for higher performance of reverse electrwetting energy haversting.

Expected Contribution
■Reverse electrowetting energy harvesting utilize the surplus energy at the surroundings, thus use of fossil fuel and loss of electrical energy during power transmission can be minimized.
■The efficiency of reverse electrowetting is high compared to other energy harvesting, so it can be used as not only auxiliary power but also main power system.
■Reverse electrowetting can utilize various energy including vertical vibration and rotation, and generate energy through the slight vibration.
■Researches about device and system of reverse electrowetting is necessary for practical use, and technological superiority can be possessed through this research project.
■The results of this research project shows high performance of reverese electrowetting under general environmental condition, and it is helpful for the practical application of revers electrowetting energy harvesting.
(출처 : SUMMARY 5~6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 7
• 목차 ... 7
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1. 연구개발 목적 ... 8
• 2. 연구개발의 필요성 ... 11
• 3. 연구개발 범위 ... 14
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 15
• 1. 국내외 현황 ... 15
• 2. 본 연구 개발 과제의 연구 결과 ... 15
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 16
• 1. 진동 수집형 REWOD 발전 기술 연구 ... 16
• 2. 회전 수집형 REWOD 발전 기술 연구 ... 24
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 30
• 1. 목표 달성도 ... 30
• 2. 관련 분야 기여도 ... 31
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 32
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 35
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 36
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 37
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 38
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 39
• 제11장. 기타 사항 ... 40
• 제12장. 참고 문헌 ... 41
• 끝페이지 ... 42