초록 ▼

□ 연구개요
ㅇ 우리 주변에 존재하는 빛·기계적(바람, 파도, 음파, 미세진동 등)에너지와 같은 다양한 에너지원을 효과적으로 이용하기 위해 다양한 소재의 융·복합을 통해 전자기적·광학적·기계적 특성을 상호 보완적으로 사용하여 새로운 개념의 에너지 변환 현상을 관찰·규명하고 이를 기반으로 독창적이고 차별화된 에너지 소자를 구현하고자 함
ㅇ 마찰전기 및 일렉트릿 재료와의 융·복합을 통해서 표면에 발생하는 charge carrier 거동을 관찰하고 이에 의해 발생하는 포텐셜에 의해 계면에서 발생되는 energy band tun

□ 연구개요
ㅇ 우리 주변에 존재하는 빛·기계적(바람, 파도, 음파, 미세진동 등)에너지와 같은 다양한 에너지원을 효과적으로 이용하기 위해 다양한 소재의 융·복합을 통해 전자기적·광학적·기계적 특성을 상호 보완적으로 사용하여 새로운 개념의 에너지 변환 현상을 관찰·규명하고 이를 기반으로 독창적이고 차별화된 에너지 소자를 구현하고자 함
ㅇ 마찰전기 및 일렉트릿 재료와의 융·복합을 통해서 표면에 발생하는 charge carrier 거동을 관찰하고 이에 의해 발생하는 포텐셜에 의해 계면에서 발생되는 energy band tuning 현상을 관찰하여 신개념 에너지 소자를 구현하고자 함
ㅇ 개발된 차세대 융·복합 에너지 발전소자와 에너지 저장 재료와의 융합을 통해 신개념 에너지 발전, 저장 시스템을 개발하고자 함. 이를 위하여 압전, 강유전, 마찰전기, 일렉트릿 소재와 에너지 저장 소재의 융합을 통하여 에너지 저장 소재의 용량 및 전기전도도, 전해질내의 이온 이동 특성 변화를 관찰하고 새로운 물리적 현상을 관찰 및 규명 하고자 함
ㅇ 융·복합 에너지 발전소자로부터 발전된 에너지를 저장하기에 최적화된 에너지 저장소자를 개발하고 이를 통하여 차세대 에너지 발전/저장 시스템을 개발하고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
ㅇ 마찰전기, 일렉트릿 소재 선정 및 제어
- 강유전성 폴리머 P(VDF-TrFE)는 폴링방향에 따라 분극화되어 전하를 유도하는 일렉트렛으로 사용되거나 마찰시켰을 때 더 많은 마찰전기를 발생 시킬 수 있는 소재임을 평가 및 검증함
ㅇ 원자단위 층상구조 물질의 마찰전기, 일렉트릿 특성 평가
- First-Principle 시뮬레이션을 통해 원자단위 표면물질에 의해 제어될 수 있는 표면 마찰대전의 메커니즘을 제시하고 실험적으로 표면 대전 현상을 제어할 수 있음을 실증함
ㅇ 마찰전기, 일렉트렛, 압전, 강유전, 광전 나노소재의 융합에 따른 특성 평가
- 강유전, 압전, 고유전 혼합소재의 극성과 유전 특성을 제어하여 표면에너지를 분석하고 상이한 특성 간의 커플링을 통해 마찰전기 특성을 극대화함
ㅇ 다양한 에너지 변환 나노소재가 융·복합된 차세대 에너지 발전 소자 효율 극대화
- 전해질을 이용하여 에너지 변환재료와 에너지 저장소재를 융합, 기존 마찰대전 소자의 한계점인 소재에 저장되는 전하의 양을 증가시켜 발생전류의 크기를 증가시킴
ㅇ 에너지 변환 소재와 저장소재의 융·복합 특성 평가
- PVA에 첨가된 이온물질의 종류에 따른 표면에너지를 KPFM으로 분석하고 마찰 시의 전하이동의 메커니즘을 규명함
ㅇ 에너지 발전 및 저장 시스템 개발
- 진동에 의한 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 PCB기반 마찰전기 에너지 발전 소자와 에너지 저장 회로 모듈 및 저장소자가 결합된 에너지 발전-저장 일체형 소자를 개발함

□ 연구개발결과의 중요성
ㅇ 본 연구 주제는 서로 상호보완작용을 하는 커플링 특성을 이용한 융합형 차세대 에너지 발전 및 저장 소자 개발을 통하여 기존 낮은 효율에 따른 실용화 문제를 가지고 있는 에너지 발전 소자에 대한 문제점을 해결하고 이를 이용하여 웨어러블 기기의 보조 에너지원뿐만 아니라 자가발전 구동이 가능도록 에너지원으로 사용할 수 있는 사용자발전 (UCP : User Created Power) 시스템과 같은 새로운 에너지 시장을 형성이 가능할 것이라 기대됨
ㅇ 서로 상이한 에너지 변환 메커니즘을 갖는 소자의 융·복합을 통해 상호관계를 규명하여 융·복합에 대한 새로운 학문적 패러다임을 제시함으로써 에너지 분야의 비약적인 도약이 예상되며, 이를 통해 국가 과학기술 위상 제고 및 원천기술 확보가 가능함
ㅇ 다양한 소재의 서로 상이한 특성을 이용한 융합연구는 에너지 발전 저장 시스템뿐만 아니라 나노전자소자, 나노광소자, 나노바이오 소자 등과 결합하여 지속적으로 자가 구동이 가능한 소자 개발이 가능하며, 이를 기반으로 기술 상업화 가능성이 높음

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 26
• 끝페이지 ... 54