초록 ▼

□ 연구개요
○ 웨어러블 에너지 수확소자에 대한 연구는 최근 많은 결과들이 발표되고 있으나, 수확된 전력이 nW~μW 수준으로 극히 낮기 때문에 에너지 저장소자와 결합하여 활용하는 데 한계가 있으며 관련된 연구도 제한적임
○ 따라서, 본 연구에서는 에너지 저장소자로서 슈퍼커패시터를 활용하여 극히 낮은 전력에서도 높은 효율로 전력을 관리할 수 있도록 함
○ 이를 위해서 (1) 의복형 에너지 수확소자 및 센서 개발, (2) 이중 나노구조를 이용한 고효율 섬유형태 슈퍼커패시터 개발, (3) 스위치 슈퍼커패시터 회로 개발

□ 연구개요
○ 웨어러블 에너지 수확소자에 대한 연구는 최근 많은 결과들이 발표되고 있으나, 수확된 전력이 nW~μW 수준으로 극히 낮기 때문에 에너지 저장소자와 결합하여 활용하는 데 한계가 있으며 관련된 연구도 제한적임
○ 따라서, 본 연구에서는 에너지 저장소자로서 슈퍼커패시터를 활용하여 극히 낮은 전력에서도 높은 효율로 전력을 관리할 수 있도록 함
○ 이를 위해서 (1) 의복형 에너지 수확소자 및 센서 개발, (2) 이중 나노구조를 이용한 고효율 섬유형태 슈퍼커패시터 개발, (3) 스위치 슈퍼커패시터 회로 개발 및 (4) 에너지 수확소자와 슈퍼커패시터 간 power conversion 시스템 개발을 목표로 함

□ 연구목표대비 연구결과
○ 수직 방향으로 폴링된 PVDF film을 튜브 사이에 삽입하여 wavy 구조로 만들어 d₃₁ mode에서 가장 높은 출력을 발생시키는 고성능 압전 에너지 수확 소자를 개발했음
○ 실험을 통해 부하저항이 4 MΩ일 때 2 Hz의 주파수에서 최대 396 μw, 단위 면적 당 102.8 μW/cm² 전력을 생성했음 (목표: 100 μW/cm²)
○ 폴리머 텍스타일 구조를 이용하여 최대 200 kPa의 압력에서 54.5 %의 정전용량 변화율이 발생하는 센서를 구현함 (목표: 50 kPa, 50%)
○ 슈퍼캐패시터는 집전체로 nickel (Ni) wire를 사용했고, 활성 물질로 reduced graphene oxide (rGO)를, 그리고 전해질로 KOH/PVA를 사용함. 또한, 표면적을 증가 시켜주기 위해 NiCo2O4 (NCO)로 구성된 microspheres 구조를 사용함
○ 제작된 전극 및 슈퍼커패시터는 specific capacitance는 253 F/cm³, energy density와 power density는 각각 10 μW/cm³과 4.95 mW/cm³로 확인됨 (목표: specific capacitance는 50 F/cm³)
○ Parallel Synchronized Switch Harvesting on Inductor (P-SSHI)와 voltage doubler(VD)로 슈퍼커패시터를 이용한 관리회로를 개발했음
○ Piezoelectric energy harvester에서 추출되는 전력은 약 162 μW이며, SSHI와 VD가 없는 회로에서는 약 84 μW로 전력 전달 효율이 약 52%이며, 제안한 회로에서는 부하 저항에 약 141.2 μW가 전달되어 전달 효율이 약 87.1 %로 확인됨 (목표: 효율 85%)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ 효율적인 융합형 스마트 의류가 개발될 때 인체 모니터링을 이용한 전자기기와의 인터페이스, 이를 활용한 엔터테이먼트에의 적용, 스포츠 분석에의 활용 등에 이용할 수 있음을 예상함
○ 또한, 고령화 시대의 대비하여 자동 제어가 가능한 의료적 보조 용품에 대한 관심이 증대하고 있으며, 향후 인프라의 전자기기화가 이루어짐에 따라 U-health, body area network 등의 유비쿼터스 기술을 이용하여 인체에 부착되어있는 센서를 통해 일상생활 중에 실시간으로 신체 상태를 모니터링하는 시스템 산업이 활성화 될 것임
○ 융합형 스마트 의류가 성공적으로 개발 될 경우, 수천억 달러 규모로 추산되는 의료기기 사업 진출에 대한민국이 본격적으로 나서는 현시점에서 핵심 기술 선점을 가능하게 할 것이며, 게임 산업 등 한국의 강점으로 떠오르는 콘텐츠 시장에서의 기술 경쟁력을 상승을 가져올 것임

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2 연구개발의 목적 ... 5
• 1.3 최종 목표 ... 5
• 1.3 연구범위 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 1) 연구과제의 추진전략·방법 ... 17
• 2) 예상되는 연구개발성과의 활용 분야 및 활용 방안 ... 17
• 3) 추가 연구의 필요성 및 타 연구에의 응용 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 17
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 36