KR20150002452A - 질량체를 이용한 에너지 하베스터 및 이를 구비하는 모바일 기기 - Google Patents
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Abstract
질량체를 이용한 에너지 하베스터 및 이를 구비하는 모바일 기기가 개시된다.개시된 에너지 하베스터는, 질량체(mass)와, 서로 이격되게 마련되는 것으로 그 중 적어도 하나는 상기 질량체와 연결되는 제1 및 제2 기판과, 상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로 상기 질량체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함한다.
Description
질량체를 이용한 에너지 하베스터 및 이를 구비하는 모바일 기기가 제공된다.
최근 스마트폰의 사용이 급속도로 확대되고 있는데, 이와 더불어 스마트폰과 주변 기기와의 상호 제어 방법에 대한 시도가 다양하게 전개되고 있다. 특히 스마트폰과 시계를 결합한 스마트 시계(smart watch)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 시제품도 상용화되고 있다. 스마트 시계는 손목 시계로서, 스마트폰의 전화, 메시지, 어플리케이션 이용 등과 같은 기능을 제어하거나 모니터링하는 용도로 활용되고 있다. 이러한 스마트 시계는 일반적인 손목 시계에 비하여 전력 소비가 늘어나게 되므로, 스마트 시계에 상시 전력을 공급해주기 위해서는 수시로 충전을 하거나 또는 대용량의 배터리를 장착해야 한다는 문제가 있다.
적어도 일 실시예는 질량체를 이용한 에너지 하베스터 및 이를 구비하는 모바일 기기를 제공한다.
일 측면에 있어서,
질량체(mass);
서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 질량체와 연결되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 질량체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함하는 에너지 하베스터가 제공된다.
상기 제1 및 제2 기판은 밴드형 구조, 평판형 구조 또는 코어-셸(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자(piezoelectric generator)와 마찰전기 발전소자(triboelectric generator) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 복수의 압전 나노와이어들은 포함할 수 있다. 여기서, 상기 에너지 발생소자는 상기 제2 전극과 상기 압전 나노와이어들 사이에 마련되는 유전성 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전 박막층을 포함할 수 있다. 상기 에너지 발생소자는 상기 제1 전극 상에 마련되는 것으로 제1 유전체 또는 금속을 포함하는 제1 마찰전기층과, 상기 제2 전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함하는 제2 마찰전기층을 포함할 수 있다.
상기 제1 마찰전기층의 표면에는 복수의 제1 돌기부들이 형성되어 있고, 상기 제2 마찰전기층의 표면에는 제2 돌기부들이 형성되어 있을 수 있다. 상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 마련되는 복수의 제1 와이어들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 마련되는 복수의 제2 와이어들을 포함할 수 있다. 상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함할 수 있다. 상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 기판 사이에는 상기 제1 및 제2 기판 사이의 간격을 유지하는 적어도 하나의 스페이서(spacer)가 더 마련될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
튜브 형상을 가지며, 내부에 캐비티가 형성된 기판;
상기 기판의 내면에 마련되는 마찰전기층;
상기 기판의 외측 또는 내측에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극; 및
상기 마찰전기층의 내측의 상기 캐비티의 내부에서 이동가능하게 마련되는 적어도 하나의 질량체;를 포함하는 에너지 하베스터가 제공된다.
상기 제1 및 제2 전극은 상기 기판의 길이 방향을 따라 교대로 마련될 수 있다. 상기 마찰전기층과 상기 질량체 중 어느 하나는 제1 유전체 또는 금속을 포함하고, 다른 하나는 상기 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
모바일 기기 본체; 및
상기 모바일 기기 본체와 연결되어 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터;를 구비하고,
상기 에너지 하베스터는,
서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 모바일 기기 본체와 연결되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함하는 모바일 기기가 제공된다.
다른 측면에 있어서,
모바일 기기 본체; 및
적어도 하나가 상기 모바일 기기 본체와 연결되어 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 것으로, 서로 연결된 복수의 에너지 하베스터들;을 구비하고,
상기 에너지 하베스터들 각각은,
서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 모바일 기기 본체와 연결되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함하는 모바일 기기가 제공된다.
다른 측면에 있어서,
모바일 기기 본체;
상기 모바일 기기 본체를 지지하는 지지대; 및
상기 모바일 기기 본체와 상기 지지대 중 적어도 하나에 마련되는 것으로, 외부에서 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 적어도 하나의 에너지 하베스터;를 구비하는 모바일 기기가 제공된다.
상기 에너지 하베스터는 상기 모바일 기기 본체와 상기 지지대 중 적어도 하나의 내부 또는 외부에 마련될 수 있다. 그리고, 상기 지지대는 밴드형 구조 또는 평판형 구조를 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 질량체(mass); 서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 질량체와 연결되는 제1 및 제2 기판; 상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 질량체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 튜브 형상을 가지며, 내부에 캐비티가 형성된 기판; 상기 기판의 내면에 마련되는 마찰전기층; 상기 기판의 외측 또는 내측에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극; 및 상기 마찰전기층의 내측의 상기 캐비티의 내부에서 이동가능하게 마련되는 적어도 하나의 질량체;를 포함할 수 있다.
상기 기판은 상기 캐비티가 폐회로를 구성하도록 마련될 수 있다. 상기 지지대는 서로 나란하게 연결된 상기 복수의 에너지 하베스터들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 에너지 하베스터들은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
이상의 실시예들에 따르면, 외부 환경(예를 들면, 인체의 움직임, 기계적인 진동, 바람, 물의 흐름, 전자기적인 진동 등)에 의해 질량체 및/또는 모바일 기기 본체가 움직이게 되면, 에너지 하베스터는 에너지 하베스터에 인가되는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 그리고, 이렇게 발생된 전기에너지는 질량체인 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 이러한 모바일 기기는 인체에 부착되는 기기, 예를 들면 스마트 시계, MP3 플레이어, 블루투스 기기, 휴대폰, 라디오, 바이오 센서, 위치 센서, 체온 센서 또는 혈압 센서 등과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 모바일 기기의 단면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 모바일 기기를 손목에 찬 모습을 도시한 것이다.
도 11은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기의 단면도이다.
도 12는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 에너지 하베스터의 B-B'선을 따라 본 단면도이다.
도 14는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 16은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 17은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 18은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 19는 다른 예시적인 실시예에 따른 복수의 에너지 하베스터들을 구비한 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 20은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 21은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 22은 도 21에 도시된 에너지 하베스터에서 제1 기판의 상면(또는 제2 기판의 하면)을 도시한 것이다.
도 23은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 24는 도 23에 도시된 모바일 기기 본체의 내부에 마련된 에너지 하베스터의 단면을 도시한 것이다.
도 25는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 26은 도 25에 도시된 에너지 하베스터의 길이방향에 따른 단면도이다.
도 27a는 도 26의 ?-Ι선을 따라 본 단면도이다.
도 27b는 도 26의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 본 단면도이다.
도 27c는 도 26의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 본 단면도이다.
도 28은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 29는 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 30은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 31은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 단면도이다.
도 32는 도 31의 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 모바일 기기의 단면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 모바일 기기를 손목에 찬 모습을 도시한 것이다.
도 11은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기의 단면도이다.
도 12는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 에너지 하베스터의 B-B'선을 따라 본 단면도이다.
도 14는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 16은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 17은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 18은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 19는 다른 예시적인 실시예에 따른 복수의 에너지 하베스터들을 구비한 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 20은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 21은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 22은 도 21에 도시된 에너지 하베스터에서 제1 기판의 상면(또는 제2 기판의 하면)을 도시한 것이다.
도 23은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 24는 도 23에 도시된 모바일 기기 본체의 내부에 마련된 에너지 하베스터의 단면을 도시한 것이다.
도 25는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 26은 도 25에 도시된 에너지 하베스터의 길이방향에 따른 단면도이다.
도 27a는 도 26의 ?-Ι선을 따라 본 단면도이다.
도 27b는 도 26의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 본 단면도이다.
도 27c는 도 26의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 본 단면도이다.
도 28은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 29는 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 30은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 31은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 단면도이다.
도 32는 도 31의 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기의 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 모바일 기기는 질량체(mass, M)와 상기 질량체(M)의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터(100)를 포함한다. 모바일 기기는 예를 들면, 인체에 부착되는 기기가 될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질량체(M)는 모바일 기기 본체를 의미한다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 질량체(M)는 모바일 기기 본체 이외의 다른 물체가 될 수도 있다. 여기서, 질량체(M)는 에너지 하베스터(100)와 연결되어 그 움직임에 의해 에너지 하베스터(100)에 기계적인 힘을 가하게 된다. 그리고, 에너지 하베스터(100)는 질량체(M)의 움직임에 의해 가해진 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다.
상기 에너지 하베스터(100)는 평판형 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 에너지 하베스터(100)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 도 1에는 질량체(M)가 제2 기판(120)과 연결된 경우가 예시적으로 도시되어 있으며, 이외에도 상기 질량체(M)는 제1 기판(110)과 연결되거나 또는 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과 연결되는 것도 가능하다.
상기 제1 및 제2 기판(210,220)은 평판형 구조를 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 기판(210,220)은 예를 들면, 웨이퍼 또는 글라스 등과 같은 단단한 재질을 포함하거나 또는 플라스틱, 직물(textile), 섬유(fiber), 또는 금속 호일(metal foil) 등과 같은 유연한 재질을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 제1 및 제2 기판(110,120)은 다양한 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판(110)의 상면에는 제1 전극(112)이 마련되어 있으며, 상기 제2 기판(120)의 하면에는 제2 전극(122)이 마련되어 있다. 상기 제1 및 제2 전극(112,122)은 예를 들면, 그라핀(graphene), CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide), 금속 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 금속은 예를 들면 Ag, Al, Cu 또는 Au 등을 포함할 수 있으며, 이외에 다른 물질을 포함할 수도 있다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 질량체(M)의 움직임에 의해 발생되는 기계적인 힘에 의해 다른 물질로 이루어진 두 개의 층이 서로 마찰되거나 또는 두 개의 층 사이의 간격이 변화됨으로써 전기에너지를 발생시키는 마찰전기 발전소자(triboelectric generator)가 될 수 있다. 상기 마찰전기 발전소자는 제1 전극(112) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(113)과 제2 전극(122) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(123)을 포함한다.
상기 제1 마찰전기층(113)은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123)은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 상기 제1 마찰전기층(113)은 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질로서, 예를 들면 Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk, Al, paper, cotton, steel, wood, Ni, Cu, Ag 또는 PVA 등을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 마찰전기층(123)은 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질로서, silicone rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 또는 PVC 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 마찰전기층(123)은 강유전체(ferroelectrics) 또는 일렉트릿(electrets) 등과 같은 압전 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 일렉트릿은 예를 들면, flouropolymers, PVF(polyvinylfluoride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PCTFE(polychlorotrifluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy polymer), FEP(fluorinated ethylene propylene), ETFE(polyethylenetetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate) 또는 quartz 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 마찰전기층(113)이 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층(123)이 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113,123)은 서로 상대적 대전(charging) 정도의 차이가 큰 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(113)과 상기 제2 마찰전기층(123)은 외부의 압력에 의해 직접 접촉에 의해 대전된 후, 일정한 간격으로 이격되게 마련되어 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113,123)은 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(113,123)에 전하 밀도(charge density)의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113,123) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 마찰전기층(113)은 제1 전극(112)의 상면에 마련된 복수의 제1 와이어들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층(123)은 제2 전극(122)의 하면에 마련된 복수의 제2 와이어들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 와이어들은 상기 제1 와이어들과 이격되게 마련되어 있으며, 상기 제1 및 제2 와이어들은 서로 교대로 배치되도록 마련될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 와이어들은 예를 들면 나노와이어 형상 또는 마이크로 와이어 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2 와이어들은 그 직경이 대략 1nm ~ 1mm 정도가 될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 와이어들은 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한 패터닝(patterning), 플라즈마 에칭, 3D 프린팅, 박막 전사(thin film transfer), 코팅, 나노 임프린팅(nano-imprinting), 또는 직접 성장에 의한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 및 제2 마찰전기층(113,123)이 서로 교대로 배치되는 제1 및 제2 와이어들을 포함하는 경우에는 외부의 미세한 힘에 의해서도 에너지 하베스터(100)가 반응할 수 있고 또한 마찰이 발생되는 유전체 계면의 면적도 크게 할 수 있으므로, 전기에너지를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다.
상기 에너지 하베스터(100)는 제1 및 제2 기판(110,120) 사이에 마련되는 적어도 하나의 스페이서(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서(170)는 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 이러한 스페이서(170)는 예를 들면, 스프링, 러버(rubber) 등과 같은 탄성 물질이나 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 제1 및 제2 기판(110,120) 사이에 적어도 하나의 스페이서(170)를 배치시키게 되면 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘이 보다 효과적으로 에너지 하베스터(100)에 전달되어 전기에너지가 발생될 수 있다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 질량체(M)인 모바일 기기 본체가 좌우 및/또는 상하로 움직이게 되면, 에너지 하베스터(100)에는 질량체(M)의 움직임에 의한 기계적인 힘이 가해지게 된다. 그리고, 이러한 기계적인 힘에 의해 제1 및 제2 마찰전기층(113,123)은 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 마찰전기층(113,123)에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 또한, 본 실시예에서와 같이 제1 및 제2 마찰전기층(113,123)이 서로 교대로 배치되는 제1 및 제2 와이어들을 포함하는 경우에는 질량체(M)가 다양한 방향으로 미세하게 움직이는 경우에도 에너지 하베스터(100)가 반응할 수 있고 마찰이 발생하는 유전체 계면의 면적도 크게 할 수 있으므로, 전기에너지를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 이렇게 발생된 전기에너지는 질량체(M)인 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 한편, 이상에서는 에너지 하베스터(100)가 하나의 마찰전기 발전소자를 포함하는 단층 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었으며, 상기 에너지 하베스터(100)는 복수개의 마찰전기 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수도 있다. 본 실시예에 따른 에너지 하베스터(100)에 적용될 수 있는 외부 환경에는 예를 들면, 사람의 움직임, 기계적인 진동, 바람, 회전체의 진동, 물의 흐름 또는 전자기적인 진동 등이 포함될 수 있다.
도 3은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(100a)의 단면도이다. 도 3은도 1 및 도 2에 도시된 에너지 하베스터(100)의 변형예로서, 에너지 하베스터(100a)의 단면이 확대되어 도시되어 있으며, 이하의 도면들에서도 같다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 에너지 하베스터(100a)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 마찰전기 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 마찰전기 발전소자는 제1 전극(112) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(113')과 제2 전극(122) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(123')을 포함한다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(113')은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123')은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 마찰전기층(113')과 제2 마찰전기층(123')은 외부의 압력에 의해 직접 접촉에 의해 대전된 후, 일정한 간격으로 이격되게 마련되어 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113',123')은 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(113',123')에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113,123) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 에너지 하베스터(100a)는 제1 및 제2 기판(110,120) 사이에 마련되는 적어도 하나의 스페이서(도 1의 170)를 더 포함할 수 있다. 이러한 스페이서(170)는 예를 들면, 스프링, 러버 등과 같은 탄성 물질이나 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 에너지 하베스터(100a)는 하나의 마찰전기 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 마찰전기 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(100b)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 에너지 하베스터(100b)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 마찰전기 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 마찰전기 발전소자는 제1 전극(112) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(113")과 제2 전극(122) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(123")을 포함한다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(113")은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123")은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 마찰전기층(113",123")은 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(113",123")에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113”,123”) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 및 제2 마찰전기층(113",123")의 표면은 거칠게 처리될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 마찰전기층(113")의 표면에는 제1 돌기부들이 형성될 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123")의 표면에는 제2 돌기부들이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 돌기부들은 서로 이격되게 마련되어 있으며, 서로 교대로 배치되도록 마련될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 돌기부들은 예를 들면 나노 피라미드 형상 등과 같은 나노 표면 구조 또는 마이크로 피라미드 형상 등과 같은 마이크로 표면 구조를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2 돌기부들은 대략 1nm ~ 1mm 정도의 크기를 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 돌기부들은 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한 패터닝(patterning), 플라즈마 에칭, 3D 프린팅, 박막 전사(thin film transfer), 코팅, 나노 임프린팅(nano-imprinting), 또는 직접 성장에 의한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 및 제2 마찰전기층(113",123")의 표면에 서로 교대로 배치되는 제1 및 제2 돌기부들이 형성된 경우에는 질량체(M)가 다양한 방향으로 미세하게 움직이는 경우에도 에너지 하베스터(100b)가 반응할 수 있고 마찰이 발생하는 유전체 계면의 면적도 크게 할 수 있으므로, 전기에너지를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 상기 에너지 하베스터(100b)는 제1 및 제2 기판(110,120) 사이에 마련되는 적어도 하나의 스페이서(도 1의 170)를 더 포함할 수 있다. 이러한 스페이서(170)는 예를 들면, 스프링, 러버 등과 같은 탄성 물질이나 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 에너지 하베스터(100b)는 하나의 마찰전기 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 마찰전기 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다.
도 20은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(100f)의 단면도이다.
도 20을 참조하면, 에너지 하베스터(100f)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 마찰전기 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 마찰전기 발전소자는 제1 전극(112) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(113a)과 제2 전극(122) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(123a)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(113a)은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123a)은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 마찰전기층(113a,123a)은 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(113a,123a)에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113a,123a) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 및 제2 마찰전기층(113a,123a)은 라인 어레이(line array) 형태를 가진다. 구체적으로, 상기 제1 마찰전기층(113a)은 제1 전극(112)의 상면에 제1 라인들이 서로 나란한 형태로 배열된 구조를 가지고 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123a)은 제2 전극(122)의 하면에 제2 라인들이 서로 나란한 형태로 배열된 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 에너지 하베스터(100f)에서는 제1 및 제2 라인들의 방향에 수직인 방향으로 질량체(M)가 움직이게 되면, 보다 효율적으로 전기에너지를 얻을 수 있다.
도 21은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다. 그리고, 도 22은 도 21에 도시된 에너지 하베스터에서 제1 기판의 상면(또는 제2 기판의 하면)을 도시한 것이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 에너지 하베스터(100g)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 마찰전기 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 마찰전기 발전소자는 제1 전극(112) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(113b)과 제2 전극(122) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(123b)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(113b)은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123b)은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 마찰전기층(113b,123b)은 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(113b,123b)에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(113b,123b) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 및 제2 마찰전기층(113b,123b)은 라인 어레이 형태를 가진다. 구체적으로, 상기 제1 마찰전기층(113b)은 제1 전극(112)의 상면에 제1 라인들이 방사상으로 배열되는 구조를 가지고 있으며, 상기 제2 마찰전기층(123b)은 제2 전극(122)의 하면에 제2 라인들이 방사상으로 배열되는 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 에너지 하베스터(100g)에서는 제1 및 제2 라인들의 방향에 수직인 방향으로 질량체(M)가 회전하게 되면, 보다 효율적으로 전기에너지를 얻을 수 있다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(100c)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 에너지 하베스터(100c)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 상기 에너지 발생소자는 질량체(M)의 움직임에 의해 변형됨으로써 전기에너지를 발생시키는 압전 발전소자(piezoeletric generator)가 될 수 있다. 여기서, 상기 압전 발전소자는 복수의 압전 나노와이어들(130)을 포함한다. 상기 압전 나노와이어들(130)은 제1 전극(112) 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 전극(112)의 상면에는 압전 나노와이어들(135)을 균일하게 성장시키기 위한 것으로, 높은 절연 상수를 가지는 절연층이 더 마련될 수도 있다. 상기 압전 나노와이어들(130)은 예를 들면, ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 또는 P(VDF-TrFE)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 에너지 하베스터(100c)는 제1 및 제2 기판(110,120) 사이에 마련되는 적어도 하나의 스페이서(도 1의 170)를 더 포함할 수 있다. 이러한 스페이서(170)는 예를 들면, 스프링, 러버 등과 같은 탄성 물질이나 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 질량체(M)인 모바일 기기 본체가 좌우 및/또는 상하로 움직이게 되면, 에너지 하베스터(100c)에는 질량체(M)의 움직임에 의한 기계적인 힘이 가해지게 된다. 이러한 기계적인 힘은 압전 나노와이어들(130)을 변형시키게 되고, 이렇게 변형된 압전 나노와이어들(130)의 양단에는 압전 포텐셜(piezoelectric potential)이 형성됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 그리고, 발생된 전기에너지는 질량체(M)인 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 한편, 이상에서는 에너지 하베스터(100c)가 하나의 압전 발전소자를 포함하는 단층 구조가 설명되었으나, 상기 에너지 하베스터(100c)는 복수개의 압전 발전소자가 적층된 복층 구조를 가지는 것도 가능하다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(100d)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 에너지 하베스터(100d)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 압전 발전소자는 압전 박막층(140)을 포함한다. 상기 압전 박막층(140)은 질량체(M)의 움직임에 의해 인가되는 기계적인 힘에 의해 변형됨으로써, 압전 박막층(140)의 상부와 하부 사이에 압전 포텐셜이 형성될 수 있다. 이러한 압전 박막층(140)은 무기물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 압전 박막층(140)은 ZnO, ZnSnO3, SnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 또는 P(VDF-TrFE)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 상기 에너지 하베스터(100d)는 제1 및 제2 기판(110,120) 사이에 마련되는 적어도 하나의 스페이서(도 1의 170)를 더 포함할 수 있다. 이러한 스페이서(170)는 예를 들면, 스프링, 러버 등과 같은 탄성 물질이나 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 에너지 하베스터(100d)는 하나의 압전 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 압전 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다.
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(100e)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 에너지 하베스터(100e)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(112,122)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(110,120) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(110,120)과, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(112,122) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자가 복합된 하이브리드 발전소자가 될 수 있다. 이러한 하이브리드 발전소자는 제1 전극(112) 상에 마련되는 복수의 압전 나노와이어들(150)과, 상기 제2 전극(122) 상에 마련되는 유전성 필름(160)을 포함한다.
상기 압전 나노와이어들(150)은 제1 전극(112) 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 전극(112)의 상면에는 압전 나노와이어들(150)을 균일하게 성장시키기 위한 것으로, 높은 절연 상수를 가지는 절연층이 더 마련될 수도 있다. 상기 압전 나노와이어들(150)은 변형에 의해 그 양단에 압전 포텐셜을 발생시키는 물질, 예를 들면 ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, PVDF 또는 P(VDF-TrFE)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 유전성 필름(160)은 상기 압전 나노와이어들(150)과 상기 제2 전극(122) 사이에 마련되어 있다. 상기 유전성 필름(160)은 제1 전극(112)과 제2 전극(122) 사이를 절연시키는 역할을 하는 동시에 상기 유전성 필름(160)과 상기 제1 전극(112)과의 간격 변화에 따른 전하 밀도의 차이에 의해 전기에너지를 발생시킨다. 상기 유전성 필름(160)은 강유전 물질, 압전 물질, 정전 물질, 초전 물질 등을 포함할 수 있다. 그리고, 유전성 필름은 연속막 구조, 다공성 구조, 나노 와이어 구조 또는 이들의 복합 구조를 가질 수 있다. 이러한 유전성 필름은 예를 들면, 증착, 코팅, 성장 또는 부착에 의해 형성될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 유전성 필름(160)은 무기물 또는 폴리머 계열의 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 유전성 필름(160)은 silicone rubber, Teflon, PDMS, PVD, Kapton, Polypropylene, Polyethylene, PVC, Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk 또는 PVA 등을 포함할 수 있다. 상기 에너지 하베스터(100e)는 제1 및 제2 기판(110,120) 사이에 마련되는 적어도 하나의 스페이서(도 1의 170)를 더 포함할 수 있다. 이러한 스페이서(170)는 예를 들면, 스프링, 러버 등과 같은 탄성 물질이나 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 구조에서, 질량체(M)의 움직임에 의한 기계적인 힘이 에너지 하베스터(100e)에 가해지게 되면, 압전 나노와이어들(150)이 변형됨에 따라 압전에 의한 전기에너지가 발생될 수 있고, 상기 유전성 필름(160)과 상기 제1 전극(112) 사이의 간격이 변화함에 따라 마찰전기에 의한 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 에너지 하베스터(100e)는 하나의 하이브리드 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 하이브리드 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다. 한편, 압전 발전소자, 마찰전기 발전소자 및 하이브리드 발전소자 중 적어도 두 개가 적층된 복층 구조를 가지는 에너지 하베스터의 구현도 가능하다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 구비한 모바일 기기의 사시도이다. 그리고, 도 9는 도 8에 도시된 모바일 기기의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 모바일 기기는 질량체(M)와 상기 질량체(M)의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터(200)를 포함한다. 상기 모바일 기기는 예를 들면, 인체에 부착되는 기기가 될 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 모바일 기기는 스마트 시계(smart watch)를 포함할 수 있으며, 이외에도 상기 모바일 기기는 인체에 부착되어 사용되는 것으로, MP3 플레이어, 블루투스(bluetooth) 기기, 휴대폰, 라디오, 바이오 센서, 위치 센서, 체온 센서 또는 혈압 센서 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질량체(M)는 모바일 기기 본체를 말하는 것으로, 에너지 하베스터(200)와 연결되어 그 움직임에 의해 상기 에너지 하베스터(200)에 기계적인 힘을 가하게 된다. 그리고, 에너지 하베스터(200)는 질량체(M)의 움직임에 의해 발생되는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다.
상기 에너지 하베스터(200)는 밴드형 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 에너지 하베스터(200)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(210,220)과, 상기 제1 및 제2 기판(210,220) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(미도시)과, 상기 제1 및 제2 전극(미도시) 사이에 마련되는 에너지 발생소자(미도시)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(210,220) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 도 9에는 질량체(M)가 제2 기판(220)과 연결된 경우가 예시적으로 도시되어 있으며, 이외에도 상기 질량체(M)는 제1 기판(210)과 연결되거나 또는 상기 제1 및 제2 기판(210,220)과 연결되는 것도 가능하다.
상기 제1 및 제2 기판(210,220)은 밴드형 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(210,220)은 유연한(flexible) 재질, 예를 들면, 플라스틱, 직물(textile), 금속 호일(metal foil) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 제1 및 제2 기판(210,220)은 다양한 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(210,220) 상에는 제1 및 제2 전극(미도시)이 마련되어 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극은 유연한 도전성 재질, 예를 들면, 상기 제1 및 제2 전극(112,122)은 그라핀(graphene), CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide), 금속 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 않는다. 상기 제1 및 제2 전극 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 이러한 에너지 발생소자는 전술한 압전 발전소자, 마찰전기 발생소자 또는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자가 복합된 하이브리드 발전소자가 될 수 있다. 이러한 에너지 발생소자에 대해서는 전술한 실시예들에서 상세하게 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 예를 들어 인체의 움직임에 의해 질량체(M)인 모바일 기기 본체가 좌우 및/또는 상하로 움직이게 되면, 에너지 하베스터(200)에는 질량체(M)의 움직임에 의한 기계적인 힘이 가해지게 된다. 그리고, 상기 에너지 하베스터(200)는 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 압전 및/또는 마찰전기에 의한 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 한편, 사람의 움직임 외에 모바일 기기에 적용될 수 있는 다른 외부 환경으로는 기계적인 진동, 바람, 회전체의 진동, 물의 흐름 또는 전자기적인 진동 등이 있을 수 있다.
도 10은 도 8에 도시된 모바일 기기를 손목에 찬 모습을 도시한 것이다. 도 10에 도시된 모바일 기기의 대표적인 예로서는 스마트 시계를 들 수 있다. 이 경우, 상기 질량체(M)는 시계 본체가 될 수 있으며, 밴드형의 에너지 하베스터(100)는 손목에 채워지는 시계줄이 될 수 있다. 도 10에 도시된 상태에서 손목을 움직이게 되면 질량체(M)가 움직이게 되고, 이러한 질량체(M)의 움직임에 의해 에너지 하베스터(100)에 기계적인 힘이 인가된다. 그리고, 이러한 기계적인 힘을 이용하여 에너지 하베스터(100)는 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 이렇게 발생된 전기에너지는 시계 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 한편, 상기 모바일 기기에는 스마트 시계 외에도 인체에 부착되어 사용되는 것으로, MP3 플레이어, 블루투스(bluetooth) 기기, 휴대폰, 라디오, 바이오 센서, 위치 센서, 체온 센서 또는 혈압 센서 등이 포함될 수 있다.
도 11은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(500)를 구비한 모바일 기기의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 모바일 기기는 질량체(M)와 상기 질량체(M)의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터(500)를 포함한다. 상기 에너지 하베스터(500)는 질량체(M)의 움직임에 의해 발생되는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다.
상기 에너지 하베스터(500)는 밴드형 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 에너지 하베스터(500)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(510,520)과, 상기 제1 및 제2 기판(510,520) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(미도시)과, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 에너지 발생소자(미도시)와, 상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 적어도 하나의 스페이서(570)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(510,520) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(510,520)과, 상기 제1 및 제2 전극에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 그리고, 상기 에너지 발생소자는 전술한 압전 발전소자, 마찰전기 발생소자 또는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자가 복합된 하이브리드 발전소자가 될 수 있다. 이러한 에너지 발생소자에 대해서는 전술한 실시예들에서 상세하게 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 스페이서(570)는 제1 및 제2 기판(510,520) 사이에 마련되어 상기 제1 및 제2 기판(510,520) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 이러한 스페이서(570)는 예를 들면, 스프링, 러버 등과 같은 탄성 물질 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 제1 및 제2 기판(510,520) 사이에 스페이서(570)를 배치시키게 되면, 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘이 보다 효과적으로 에너지 하베스터(500)에 가해져 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
도 12는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(300)를 구비한 모바일 기기를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 13은 도 12에 도시된 에너지 하베스터(300)의 B-B'선을 따라 본 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 모바일 기기는 질량체(M)와 상기 질량체(M)의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터(300)를 포함한다. 상기 모바일 기기는 예를 들면, 인체에 부착되는 기기가 될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질량체(M)는 모바일 기기 본체를 말하는 것으로, 에너지 하베스터(300)와 연결되어 그 움직임에 의해 상기 에너지 하베스터(300)에 기계적인 힘을 가하게 된다. 그리고, 에너지 하베스터(300)는 질량체(M)의 움직임에 의해 발생되는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다.
상기 에너지 하베스터(300)는 코어-셸(core-shell) 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 에너지 하베스터(300)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(310,320)과, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(312,322)과, 상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 기판(310,320)은 코어-셸 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 기판(310)은 와이어 형상의 코어가 될 수 있다. 한편, 상기 제1 기판(310)은 도면에는 도시되어 있지 않으나, 튜브 형상의 코어가 될 수도 있다. 그리고, 상기 제2 기판(320)은 제1 기판(310)을 둘러싸는 튜브 형상의 셸이 될 수 있다. 상기 제1 및 제2 기판(320)은 유연한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 기판(310,320)은 플라스틱, 직물(textile), 섬유(fiber), 금속 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 제1 기판(310)의 외면 상에는 제1 전극(312)이 마련되어 있으며, 상기 제2 기판(320)의 내면 상에는 제2 전극(322)이 마련되어 있다. 이러한 제1 및 제2 전극(312,322)은 유연한 도전성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 전극(312,322)은 그라핀, CNT, ITO(Indium Tin Oxide), 금속 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 않는다. 여기서, 상기 금속은 예를 들면 Ag, Al, Cu 또는 Au 등을 포함할 수 있으며, 이외에 다른 물질을 포함할 수도 있다.
상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 마찰전기 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 마찰전기 발전소자는 제1 전극(312) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(313)과 제2 전극(322) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(323)을 포함한다. 상기 제1 마찰전기층(313)은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(323)은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 상기 제1 마찰전기층(313)은 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질로서, 예를 들면 Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk, Al, paper, cotton, steel, wood, Ni, Cu, Ag 또는 PVA 등을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 마찰전기층(123)은 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질로서, silicone rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 또는 PVC 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 마찰전기층(123)은 강유전체(ferroelectrics) 또는 일렉트릿(electrets) 등과 같은 압전 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 일렉트릿은 예를 들면, flouropolymers, PVF(polyvinylfluoride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PCTFE(polychlorotrifluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy polymer), FEP(fluorinated ethylene propylene), ETFE(polyethylenetetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate) 또는 quartz 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 마찰전기층(313)이 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층(323)이 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 마찰전기층(313,323)은 서로 상대적 대전(charging) 정도의 차이가 큰 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(313)과 상기 제2 마찰전기층(323)은 외부의 압력에 의해 직접 접촉에 의해 대전된 후, 일정한 간격으로 이격되게 마련되어 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(313,323)은 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(313,323)에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(313,323) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 마찰전기층(313)은 제1 전극(312)의 외면에 마련된 복수의 제1 와이어들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층(323)은 제2 전극(322)의 내면에 마련된 복수의 제2 와이어들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 와이어들은 상기 제1 와이어들과 이격되게 마련되어 있으며, 상기 제1 및 제2 와이어들은 서로 교대로 배치되도록 마련될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 와이어들은 예를 들면 나노와이어 형상 또는 마이크로 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2 와이어들은 그 직경이 대략 1nm ~ 1mm 정도가 될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 와이어들은 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한 패터닝(patterning), 플라즈마 에칭, 3D 프린팅, 박막 전사(thin film transfer), 코팅, 나노 임프린팅(nano-imprinting), 또는 직접 성장에 의한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 및 제2 마찰전기층(313,323)이 서로 교대로 배치되는 제1 및 제2 와이어들을 포함하는 경우에는 외부의 미세한 힘에 의해서도 에너지 하베스터(300)가 반응할 수 있고 또한 마찰이 발생되는 유전체 계면의 면적도 크게 할 수 있으므로, 전기에너지를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 사이에는 적어도 하나의 스페이서가 더 마련될 수도 있다. 상기 스페이서는 제1 기판(310)과 제2 기판(320) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 하는 것으로, 예를 들면, 스프링, 러버 등과 같은 탄성 물질이나 또는 자석 등과 같은 자성 물질 등을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 기판(310,320) 사이에 적어도 하나의 스페이서를 배치시키게 되면 질량체(M)의 움직임에 따른 기계적인 힘이 보다 효과적으로 에너지 하베스터(300)에 전달되어 전기에너지가 발생될 수 있다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 질량체(M)인 모바일 기기 본체가 좌우 및/또는 상하로 움직이게 되면, 에너지 하베스터(300)에는 질량체(M)의 움직임에 의한 기계적인 힘이 가해지게 된다. 그리고, 이러한 기계적인 힘에 의해 제1 및 제2 마찰전기층(313,323)은 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 마찰전기층(313,323)에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 또한, 본 실시예에서와 같이 제1 및 제2 마찰전기층(313,323)이 서로 교대로 배치되는 제1 및 제2 와이어들을 포함하는 경우에는 질량체(M)가 다양한 방향으로 미세하게 움직이는 경우에도 에너지 하베스터(300)가 반응할 수 있고, 마찰이 발생하는 유전체 계면의 면적도 크게 할 수 있으므로, 전기에너지를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 이렇게 발생된 전기에너지는 질량체(M)인 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 한편, 이상에서는 에너지 하베스터(300)가 하나의 마찰전기 발전소자를 포함하는 단층 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었으며, 상기 에너지 하베스터(300)는 복수개의 마찰전기 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수도 있다.
도 14는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(300a)의 단면도이다. 도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 에너지 하베스터(300)의 변형예로서, 에너지 하베스터(300a)의 단면이 확대되어 도시되어 있으며, 이하의 도면들에서도 같다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 14를 참조하면, 에너지 하베스터(300a)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(310,320)과, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(312,322)과, 상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 상기 제1 및 제2 기판(310,320)은 코어-셸 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 기판(310)은 와이어 형상의 코어나 튜브 형상의 코어가 될 수 있으며, 상기 제2 기판(320)은 상기 제1 기판을 둘러싸는 튜브 형상의 셸이 될 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판(310)의 외면 상에는 제1 전극(312)이 마련되어 있으며, 상기 제2 기판(320)의 내면 상에는 제2 전극(322)이 마련되어 있다. 제1 및 제2 기판(310,320)과, 제1 및 제2 전극(312,322)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 마찰전기 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 마찰전기 발전소자는 제1 전극(312) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(313')과 제2 전극(322) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(323')을 포함한다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(313')은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(323')은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 상기 제1 마찰전기층(313')과 상기 제2 마찰전기층(323')은 외부의 압력에 의해 직접 접촉에 의해 대전된 후, 일정한 간격으로 이격되게 마련되어 있다.
상기 제1 및 제2 마찰전기층(313',323')은 질량체의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(313',323')에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(313,323) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 사이에는 적어도 하나의 스페이서가 더 마련될 수도 있다. 상기 에너지 하베스터(300a)는 하나의 마찰전기 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 마찰전기 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다.
도 15는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(300b)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 15를 참조하면, 에너지 하베스터(300b)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(310,320)과, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(312,322)과, 상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 상기 제1 및 제2 기판(310,320)은 코어-셸 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 기판(310)은 와이어 형상의 코어나 튜브 형상의 코어가 될 수 있으며, 상기 제2 기판(320)은 제1 기판(310)을 둘러싸는 튜브 형상의 셸이 될 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판(310)의 외면 상에는 제1 전극(312)이 마련되어 있으며, 상기 제2 기판(320)의 내면 상에는 제2 전극(322)이 마련되어 있다. 제1 및 제2 기판(310,320)과, 제1 및 제2 전극(312,322)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 마찰전기 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 마찰전기 발전소자는 제1 전극(312) 상에 마련되는 제1 마찰전기층(313")과 제2 전극(322) 상에 마련되는 제2 마찰전기층(323")을 포함한다. 여기서, 상기 제1 마찰전기층(313")은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(323")은 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 마찰전기층(313",323")은 질량체의 움직임에 따른 기계적인 힘에 의해 그 사이의 간격이 변화하거나 또는 서로 마찰될 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 마찰전기층(313",323")에 전하 밀도의 차이가 발생하게 됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마찰전기층(313”,323”) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 및 제2 마찰전기층(313",323")의 표면은 거칠게 처리될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 마찰전기층(313")의 표면에는 제1 돌기부들이 형성될 수 있으며, 상기 제2 마찰전기층(323")의 표면에는 제2 돌기부들이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 돌기부들은 서로 이격되게 마련되어 있으며, 서로 교대로 배치되도록 마련될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 돌기부들은 예를 들면 나노 피라미드 형상 등과 같은 나노 표면 구조 또는 마이크로 피라미드 형상 등과 같은 마이크로 표면 구조를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2 돌기부들은 대략 1nm ~ 1mm 정도의 크기를 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 돌기부들은 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한 패터닝(patterning), 플라즈마 에칭, 3D 프린팅, 박막 전사(thin film transfer), 코팅, 나노 임프린팅(nano-imprinting), 또는 직접 성장에 의한 방법에 의해 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 및 제2 마찰전기층(313",323")의 표면에 서로 교대로 배치되는 제1 및 제2 돌기부들이 형성된 경우에는 질량체(M)가 다양한 방향으로 미세하게 움직이는 경우에도 에너지 하베스터(300b)가 반응할 수 있고 마찰이 발생하는 유전체 계면의 면적도 크게 할 수 있으므로, 전기에너지를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 사이에는 적어도 하나의 스페이서가 더 마련될 수도 있다. 상기 에너지 하베스터(300b)는 하나의 마찰전기 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 마찰전기 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다.
도 16은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(300c)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 16을 참조하면, 에너지 하베스터(300c)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(310,320)과, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(312,322)과, 상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 상기 제1 및 제2 기판(310,320)은 코어-셸 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 기판(310)은 와이어 형상의 코어나 튜브 형상의 코어가 될 수 있으며, 상기 제2 기판(320)은 제1 기판(310)을 둘러싸는 튜브 형상의 셸이 될 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판(310)의 외면 상에는 제1 전극(312)이 마련되어 있으며, 상기 제2 기판(320)의 내면 상에는 제2 전극(322)이 마련되어 있다. 제1 및 제2 기판(310,320)과, 제1 및 제2 전극(312,322)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 압전 발전소자는 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에 마련된 복수의 압전 나노와이어들(330)을 포함한다. 상기 압전 나노와이어들(330)은 제1 전극(312)의 외면 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 전극(312)의 상면에는 압전 나노와이어들(330)을 균일하게 성장시키기 위한 것으로, 높은 절연 상수를 가지는 절연층이 더 마련될 수도 있다. 상기 압전 나노와이어들(330)은 예를 들면, ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, PVDF 또는 P(VDF-TrFE)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 사이에는 적어도 하나의 스페이서가 더 마련될 수도 있다.
상기와 같은 구조에서, 질량체(M)인 모바일 기기 본체가 움직이게 되면, 에너지 하베스터(300)에 질량체(M)의 움직임에 의한 기계적인 힘이 가해지게 된다. 이러한 기계적인 힘은 압전 나노와이어들(330)을 변형시키게 되고, 이에 따라, 변형된 압전 나노와이어들(330)의 양단에는 압전 포텐셜이 형성됨으로써 전기에너지가 발생될 수 있다. 그리고, 발생된 전기에너지는 질량체(M)인 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 한편, 상기 에너지 하베스터(300c)는 하나의 압전 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 압전 발전소자가 적층된 복층 구조를 가질 수 있다.
도 17은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(300d)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 17을 참조하면, 에너지 하베스터(300d)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(310,320)과, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(312,322)과, 상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 상기 제1 및 제2 기판(310,320)은 코어-셸 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 기판(310)은 와이어 형상의 코어나 또는 튜브 형상의 코어가 될 수 있다. 그리고, 상기 제2 기판(320)은 제1 기판(310)을 둘러싸는 튜브 형상의 셸이 될 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판(310)의 외면 상에는 제1 전극(312)이 마련되어 있으며, 상기 제2 기판(320)의 내면 상에는 제2 전극(322)이 마련되어 있다. 제1 및 제2 기판(310,320)과, 제1 및 제2 전극(312,322)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자가 될 수 있으며, 이러한 압전 발전소자는 압전 박막층(340)을 포함한다. 상기 압전 박막층(340)은 질량체(M)의 움직임에 의해 발생되는 기계적인 힘에 의해 변형됨으로써, 압전 박막층(340)의 상부와 하부 사이에 압전 포텐셜이 형성될 수 있다. 이러한 압전 박막층(340)은 무기물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 압전 박막층(340)은 ZnO, ZnSnO3, SnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF 또는 P(VDF-TrFE)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 사이에는 적어도 하나의 스페이서가 더 마련될 수도 있다. 상기 에너지 하베스터(300d)는 하나의 압전 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 압전 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다.
도 18은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(300e)의 단면도이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 18을 참조하면, 에너지 하베스터(300e)는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(310,320)과, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(312,322)과, 상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 상기 제1 및 제2 기판(310,320)은 코어-셸 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 기판(310)은 와이어 형상의 코어나 또는 튜브 형상의 코어가 될 수 있다. 그리고, 상기 제2 기판(320)은 제1 기판(310)을 둘러싸는 튜브 형상의 셸이 될 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판(310)의 외면 상에는 제1 전극(312)이 마련되어 있으며, 상기 제2 기판(320)의 내면 상에는 제2 전극(322)이 마련되어 있다. 제1 및 제2 기판(310,320)과, 제1 및 제2 전극(312,322)에 대해서는 전술하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 및 제2 전극(312,322) 사이에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자가 복합된 하이브리드 발전소자가 될 수 있다. 이러한 하이브리드 발전소자는 제1 전극(312) 상에 마련되는 복수의 압전 나노와이어들(350)과, 상기 제2 전극(322) 상에 마련되는 유전성 필름(360)을 포함한다.
상기 압전 나노와이어들(350)은 제1 전극(312) 상에 수직 또는 일정한 각도로 경사지게 배열될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 전극(312)의 상면에는 압전 나노와이어들(350)을 균일하게 성장시키기 위한 것으로, 높은 절연 상수를 가지는 절연층이 더 마련될 수도 있다. 상기 압전 나노와이어들(350)은 변형에 의해 그 양단에 압전 포텐셜을 발생시키는 물질, 예를 들면 ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, PVDF 또는 P(VDF-TrFE)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 유전성 필름(160)은 상기 압전 나노와이어들(350)과 상기 제2 전극(322) 사이에 마련되어 있다. 상기 유전성 필름(360)은 제1 전극(312)과 제2 전극(322) 사이를 절연시키는 역할을 하는 동시에 상기 유전성 필름(360)과 상기 제1 전극(312)과의 간격 변화에 따른 전하 밀도의 차이에 의해 전기에너지를 발생시킨다.
상기 유전성 필름(360)은 강유전 물질, 압전 물질, 정전 물질, 초전 물질 등을 포함할 수 있다. 그리고, 유전성 필름은 연속막 구조, 다공성 구조, 나노 와이어 구조 또는 이들의 복합 구조를 가질 수 있다. 이러한 유전성 필름은 예를 들면, 증착, 코팅, 성장 또는 부착에 의해 형성될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 유전성 필름(360)은 무기물 또는 폴리머 계열의 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 유전성 필름(360)은 silicone rubber, Teflon, PDMS, PVD, Kapton, Polypropylene, Polyethylene, PVC, Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk 또는 PVA 등을 포함할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 및 제2 기판(310,320) 사이에는 적어도 하나의 스페이서가 더 마련될 수도 있다.
상기와 같은 구조에서, 질량체(M)의 움직임에 의한 기계적인 힘이 에너지 하베스터(300e)에 가해지게 되면, 압전 나노와이어들(350)이 변형됨에 따라 압전에 의한 전기에너지가 발생될 수 있고, 상기 유전성 필름(360)과 상기 제1 전극(312) 사이의 간격이 변화함에 따라 마찰전기에 의한 전기에너지가 발생될 수 있다. 상기 에너지 하베스터(300e)는 하나의 하이브리드 발전소자를 포함하는 전술한 바와 같은 단층 구조를 가지거나 또는 복수개의 하이브리드 발전소자들이 적층된 복층 구조를 가질 수 있다. 한편, 압전 발전소자, 마찰전기 발전소자 및 하이브리드 발전소자 중 적어도 두 개가 적층된 복층 구조를 가지는 에너지 하베스터의 구현도 가능하다.
도 19는 다른 예시적인 실시예에 따른 복수의 에너지 하베스터들(400)을 구비한 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 19를 참조하면, 모바일 기기는 질량체(M)와 상기 질량체(M)의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 것으로 서로 연결된 복수의 에너지 하베스터들(400) 포함한다. 상기 질량체(M)는 상기 모바일 기기 본체를 말하는 것으로, 에너지 하베스터들(400) 중 적어도 하나와 연결되어 그 움직임에 의해 상기 에너지 하베스터들(400)에 기계적인 힘을 가하게 된다. 상기 에너지 하베스터들(400) 각각은 질량체(M)의 움직임에 의해 발생되는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다. 상기 에너지 하베스터들(400)은 서로 연결되어 밴드형 구조를 형성할 수 있다.
상기 에너지 하베스터들(400) 각각은 전술한 압전 발전소자, 마찰전기 발전소자 또는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자가 복합된 하이브리드 발전 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 에너지 하베스터는 전술한 실시예들에서 상세하게 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기와 같은 구조에서, 예를 들어 인체의 움직임에 의해 질량체(M)가 움직이게 되면, 상기 질량체(M)와 연결된 에너지 하베스터들(400) 및 그 주위의 에너지 하베스터들(400)에 기계적인 힘이 가해지고, 이러한 기계적인 힘을 이용하여 에너지 하베스터들(400) 각각은 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 에너지 하베스터들(400)이 서로 전기적으로 직렬로 연결되면 보다 많은 전기에너지를 얻을 수 있다. 그리고, 이렇게 발생된 전기에너지는 질량체(M)인 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다.
도 23은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 24는 도 23에 도시된 모바일 기기 본체(910)의 내부에 마련된 에너지 하베스터(800)의 단면을 도시한 것이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 모바일 기기는 모바일 기기 본체(910)와, 상기 모바일 기기 본체(910)를 지지하는 지지대(920)와, 상기 모바일 기기 본체(910)의 내부에 마련되는 에너지 하베스터(800)를 포함한다. 도 23에는 상기 지지대(920)가 밴드형 구조를 가지는 경우가 예시적으로 도시되어 있으며, 이외에도 상기 지지대(920)는 평판형 구조나 그 외의 구조를 가질 수도 있다.
상기 에너지 하베스터(800)는 모바일 기기 본체(910)의 내부에 마련되어 있다. 도 24를 참조하면, 상기 에너지 하베스터(800)는 질량체(M)와, 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판(810,820)과, 상기 제1 및 제2 기판(810,820) 상에 마련되는 제1 및 제2 전극(812,822)과, 상기 제1 및 제2 전극(812,822) 사이에 마련되는 에너지 발생소자를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 기판(810,820) 중 적어도 하나는 질량체(M)와 연결되어 있다. 도 24에는 상기 제1 및 제2 기판(810,820)이 평판형 구조를 가지는 경우가 예시적으로 도시되어 있으며, 이외에도 상기 제1 및 제2 기판(810,820)은 밴드형 구조 또는 튜브형 구조를 가질 수도 있다.
상기 에너지 발생소자는 질량체(M)의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다. 이러한 에너지 발생소자는 전술한 마찰전기 발전소자(도 2 내지 도 4, 도 13 내지 도 15, 도 20, 도 21 참조), 압전 발전소자(도 5, 도 6, 도 16, 도 17 참조), 또는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자가 복합된 하이브리드 발전 소자(도 7, 도 18 참조) 중 적어도 하나가 될 수 있다. 도 24에는 에너지 발생소자로 마찰전기 발전소자가 사용되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 외부 환경(예를 들면, 인체의 움직임, 기계적인 진동, 바람, 물의 흐름, 전자기적인 진동 등)에 의해 모바일 기기가 움직이게 되면, 에너지 하베스터(800)는 모바일 기기 본체(910) 및/또는 질량체(M)의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 그리고, 이렇게 발생된 전기에너지는 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 에너지 하베스터(800)가 모바일 기기 본체(910)의 내부에 마련되는 경우가 설명되었다. 하지만, 상기 에너지 하베스터(800)는 지지대(920)에 마련될 수도 있으며, 또는 모바일 기기 본체(910)와 지지대(920)에 마련될 수도 있다. 여기서, 에너지 하베스터(800)는 모바일 기기 본체(910)의 표면이나 그 내부, 또는 지지대(920)의 표면이나 내부에 그 마련될 수 있다.
도 25는 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(700)의 사시도이다. 그리고, 도 26은 도 25에 도시된 에너지 하베스터(700)의 길이방향에 따른 단면도이다. 도 27a는 도 26의 ?-Ι선을 따라 본 단면도이고, 도 27b는 도 26의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 본 단면도이며, 도 27c는 도 26의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 본 단면도이다.
도 25 내지 도 27c를 참조하면, 에너지 하베스터(700)는 기판(710)과, 상기 기판(710)의 외면에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극(731) 및 적어도 하나의 제2 전극(732)과, 상기 기판(710)의 내면에 마련되는 마찰전기층(720)과, 상기 마찰전기층(720)의 내측에 마련되는 질량체(M)를 포함한다. 기판(710)은 원통 형상을 가지고 있으며, 그 내부에는 원형의 단면을 가지는 캐비티(740)가 형성되어 있다. 즉, 상기 기판(710)은 원형의 튜브 형상을 가지고 있다. 상기 기판(710)은 예를 들면, 플라스틱 등과 같은 유연한 재질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 원통형 기판(710)의 외면에는 적어도 하나의 제1 전극(731)과 적어도 하나의 제2 전극(732)이 교대로 마련되어 있다. 상기 제1 및 제2 전극(731,732)은 원통형 기판(710)을 둘러싸도록 마련될 수 있다. 제1 및 제2 전극(731,732)은 예를 들면, 그라핀(graphene), CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide), 금속 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 금속은 예를 들면 Ag, Al, Cu 또는 Au 등을 포함할 수 있으며, 이외에 다른 물질을 포함할 수도 있다.
상기 원통형 기판(710)의 내부에는 에너지 발생소자가 마련되어 있다. 상기 에너지 발생소자는 서로 다른 두 개의 물질이 서로 마찰되거나 또는 두 물질 사이의 간격이 변화됨으로써 전기에너지를 발생시키는 마찰전기 발전소자가 될 수 있다. 상기 마찰전기 발전소자는 원통형 기판(710)의 내면에 마련되는 마찰전기층(710)과, 상기 마찰 전기층(710)의 내측에 마련되는 질량체(M)를 포함한다. 여기서, 상기 질량체(M)는 원통형 기판(510)의 내측에 형성된 캐비티(740) 내부를 길이 방향을 따라 움직일 수 있도록 마련되어 있다. 상기 질량체(M)는 원형의 단면을 가지는 캐비티(740)에 대응되도록 원기둥 형상, 원통 형상 또는 볼(ball) 형상 등을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 마찰전기층(720)은 제1 유전체 또는 금속을 포함할 수 있으며, 상기 질량체(M)는 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함할 수 있다. 상기 마찰전기층(720)은 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질로서, 예를 들면 Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk, Al, paper, cotton, steel, wood, Ni, Cu, Ag 또는 PVA 등을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 질량체는 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질로서, silicone rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 또는 PVC 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 질량체(M)는 강유전체(ferroelectrics) 또는 일렉트릿(electrets) 등과 같은 압전 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 일렉트릿은 예를 들면, flouropolymers, PVF(polyvinylfluoride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PCTFE(polychlorotrifluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy polymer), FEP(fluorinated ethylene propylene), ETFE(polyethylenetetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate) 또는 quartz 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 마찰전기층(720)이 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함하고, 상기 질량체(M)가 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 마찰전기층(720)과 상기 질량체(M)는 서로 상대적 대전(charging) 정도의 차이가 큰 물질을 포함할 수도 있다. 상기 마찰전기층(720)과 상기 질량체(M) 사이의 간격은 예를 들면 대략 0~10mm 정도가 될 수 있으며, 구체적으로는 0~1mm 정도가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 구조의 에너지 하베스터(700)에서, 질량체(M)가 자유 낙하 또는반동 등에 의해 기판(710) 내부의 캐비티(740)를 따라 이동하게 되면 질량체(M)와 마찰전기층(720)이 서로 마찰되거나 질량체(M)와 마찰전기층(720)의 간격이 변화하게 되며, 이 경우 마찰전기층(720) 및 질량체(M)에 전하 밀도(charge density)의 차이가 발생하게 됨에 따라 제1 및 제2 전극(731,732) 사이에는 전기에너지가 발생될 수 있다. 한편, 전기에너지를 보다 효율적으로 발생시키기 위하여 상기 마찰전기층(720)의 표면 및 질량체(M)의 표면 중 적어도 하나는 표면 처리에 의해 마이크로 표면 구조 또는 나노 표면 구조를 가질 수도 있다. 한편, 상기 에너지 하베스터(700)는 질량체(M)의 진동 횟수, 속도 및 변위 등을 제어하기 위해 예를 들면 스프링 등과 같은 탄성 부재를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 전극(731,732)은 기판(710)의 외부에 마련되는 경우가 설명되었으나, 상기 제1 및 제2 전극(731,732)은 기판(710)의 내부에 마련되는 것도 가능하다. 그리고, 상기 기판(710)의 캐비티(740) 내부에는 2개 이상의 질량체(M)가 마련될 수도 있다.
도 28은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터(600)의 사시도이다. 도 28에 도시된 에너지 하베스터(600)는 기판(610)이 사각통 형상을 가진다는 점을 제외하면 도 25에 도시된 에너지 하베스터(500)와 동일하다.
도 28을 참조하면, 에너지 하베스터(600)는 기판(610)과, 상기 기판(610)의 외면에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극(631) 및 적어도 하나의 제2 전극(632)과, 상기 기판(610)의 내면에 마련되는 마찰전기층(620)과, 상기 마찰전기층(620)의 내측에 마련되는 질량체(M)를 포함한다. 기판(610)은 사각통 형상(보다 구체적인 예로서, 납작한 사각통 형상)을 가지고 있으며, 그 내부에는 사각형의 단면을 가지는 캐비티가 형성되어 있다. 즉, 상기 기판(610)은 납작한 사각형의 튜브 형상을 가지고 있다. 상기 기판(610)의 외면에는 적어도 하나의 제1 전극(631)과 적어도 하나의 제2 전극(632)이 교대로 마련되어 있다. 상기 질량체(M)는 기판(610)의 내측에 형성된 캐비티 내부를 길이 방향을 따라 움직일 수 있도록 마련되어 있다. 상기 질량체(M)는 사각형의 단면을 가지는 캐비티에 대응되도록 사각기둥 형상 또는 사각통 형상 등을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 기판(610) 및 질량체(M)는 그 단면이 사각형 이외에 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 29는 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 29를 참조하면, 모바일 기기는 모바일 기기 본체(1010)와, 상기 모바일 기기 본체(1010)를 지지하는 지지대(1020)와, 상기 모바일 기기 본체(1010)의 내부에 마련되는 에너지 하베스터(1000)를 포함한다. 도 29에는 상기 지지대(1020)가 밴드형 구조를 가지는 경우가 예시적으로 도시되어 있으며, 이외에도 상기 지지대(1020)는 평판형 구조나 그 외의 구조를 가질 수도 있다.
상기 에너지 하베스터(1000)는 모바일 기기 본체(1010)의 내부에 마련되어 있다. 여기서, 상기 에너지 하베스터에는 도 25에 도시된 에너지 하베스터(500) 또는 도 28에 도시된 에너지 하베스터(600)가 포함될 수 있다. 도 25 또는 도 28을 참조하면, 에너지 하베스터(500,600)는 그 내부에 캐비티(540,640)가 형성된 튜브 형상의 기판(510,610)과, 상기 기판(510,610)의 외면에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극(531,631) 및 적어도 하나의 제2 전극(532,632)과, 상기 기판(510,610)의 내면에 마련되는 마찰전기층(520,620)과, 상기 마찰전기층(520,620)의 내측에 마련되는 질량체(M)를 포함한다. 도 25 및 도 28에 도시된 에너지 하베스터(500,600)는 전술한 실시예들에서 상세하게 설명되었으므로, 여기서 그 설명은 생략한다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 외부 환경(예를 들면, 인체의 움직임, 기계적인 진동, 바람, 물의 흐름, 전자기적인 진동 등)에 의해 모바일 기기가 움직이게 되면, 에너지 하베스터(1000)는 질량체(M)가 기판(510,610)의 캐비티(540,640) 내부를 움직임에 따라 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 그리고, 이렇게 발생된 전기에너지는 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 에너지 하베스터(1000)가 모바일 기기 본체(1010)의 내부에 마련되는 경우가 설명되었다. 하지만, 상기 에너지 하베스터(1000)는 지지대(1020)에 마련될 수도 있으며, 또는 모바일 기기 본체(1010)와 지지대(1020)에 마련될 수도 있다. 여기서, 에너지 하베스터(1000)는 모바일 기기 본체(1010)의 표면이나 그 내부, 또는 지지대(1020)의 표면이나 내부에 그 마련될 수 있다.
도 30은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 사시도이다.
도 30을 참조하면, 모바일 기기는 모바일 기기 본체(1110)와, 상기 모바일 기기 본체(1110)를 지지하는 지지대(1120)를 포함한다. 도 30에는 상기 지지대(1120)가 밴드형 구조를 가지는 경우가 예시적으로 도시되어 있으며, 이외에도 상기 지지대(1120)는 평판형 구조나 그 외의 구조를 가질 수도 있다.
상기 지지대는 복수의 에너지 하베스터를 포함한다. 여기서, 상기 에너지 하베스터들은 서로 나란하게 연결된 형태를 가지고 있다. 상기 에너지 하베스터들 각각에는 도 25에 도시된 에너지 하베스터(500) 또는 도 28에 도시된 에너지 하베스터(600)가 포함될 수 있다. 도 25 또는 도 28을 참조하면, 에너지 하베스터(500,600)는 기판(510,610)과, 상기 기판(510,610)의 외면에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극(531,631) 및 적어도 하나의 제2 전극(532,632)과, 상기 기판(510,610)의 내면에 마련되는 마찰전기층(520,620)과, 상기 마찰전기층(520,620)의 내측에 마련되는 질량체(M)를 포함한다. 도 25 및 도 28에 도시된 에너지 하베스터(500,600)는 전술한 실시예들에서 상세하게 설명되었으므로, 여기서 그 설명은 생략한다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 외부 환경(예를 들면, 인체의 움직임, 기계적인 진동, 바람, 물의 흐름, 전자기적인 진동 등)에 의해 모바일 기기가 움직이게 되면, 에너지 하베스터(1000)들 각각은 질량체(M)가 기판(510,610)의 캐비티(540,640) 내부를 움직임에 따라 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 상기 에너지 하베스터들은 전기에너지 발생량을 증대시키기 위해 서로 직렬로 연결될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 이렇게 발생된 전기에너지는 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다.
도 31은 다른 예시적인 실시예에 따른 모바일 기기를 도시한 단면도이다. 그리고,도 32는 도 31의 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 31 및 도 32를 참조하면, 모바일 기기는 모바일 기기 본체(1210)와, 상기 모바일 기기 본체(1210)를 지지하는 지지대(1220)를 포함한다. 여기서, 상기 지지대는 에너지 하베스터를 포함할 수 있다. 지지대(1220)에 포함된 에너지 하베스터는 튜브 형상의 기판(1211)이 폐회로(closed circuit)를 구성한다는 점을 제외하면 도 25에 도시된 에너지 하베스터(500) 또는 도 28에 도시된 에너지 하베스터(600)와 동일하다.
상기 지지대(1220)는 튜브 형상을 가지고 폐회로를 구성하는 기판(1211)과, 상기 기판(1211)의 내면에 마련되는 마찰전기층(1212)과, 상기 기판(1211)의 외면에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극(1231) 및 적어도 하나의 제2 전극(1232)과, 상기 마찰전기층(1212)의 내측에 마련된 질량체(M)를 포함한다. 여기서, 상기 질량체(M)는 기판(1211)에 형성된 캐비티(1240) 내부를 움직일 수 있도록 마련되어 있다.
상기와 같은 구조의 모바일 기기에서, 외부 환경(예를 들면, 인체의 움직임, 기계적인 진동, 바람, 물의 흐름, 전자기적인 진동 등)에 의해 모바일 기기가 움직이게 되면, 지지대(1220)에 포함된 에너지 하베스터는 질량체(M)가 기판(1211)의 캐비티(1240) 내부를 움직임에 따라 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 그리고, 이렇게 발생된 전기에너지는 모바일 기기 본체에 공급되거나 또는 배터리에 저장될 수 있다. 이상에서 예시적인 실시예들을 통하여 기술적 내용을 설명하였으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100,200,300,400,500,600,700,800,1000,1100... 에너지 하베스터
110,210,310,510,810,... 제1 기판
112,212,312,631,731,812... 제1 전극
113,113,113“,113a,313,313,313”... 제1 마찰전기층
120,220,320,520,820... 제2 기판
122,222,322,632,732,822... 제2 전극
123,123a,323... 제2 마찰전기층
130,150,330,350... 압전 나노와이어
140,340... 압전 박막층 160,360... 유전성 필름
170,570... 스페이서 610,710… 기판
620,720… 마찰전기층 740,1240… 캐비티
910,1010,1110,1210… 모바일 기기 본체
920,1020,1120,1220… 지지대
M... 질량체
110,210,310,510,810,... 제1 기판
112,212,312,631,731,812... 제1 전극
113,113,113“,113a,313,313,313”... 제1 마찰전기층
120,220,320,520,820... 제2 기판
122,222,322,632,732,822... 제2 전극
123,123a,323... 제2 마찰전기층
130,150,330,350... 압전 나노와이어
140,340... 압전 박막층 160,360... 유전성 필름
170,570... 스페이서 610,710… 기판
620,720… 마찰전기층 740,1240… 캐비티
910,1010,1110,1210… 모바일 기기 본체
920,1020,1120,1220… 지지대
M... 질량체
Claims (58)
- 질량체(mass);
서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 질량체와 연결되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 질량체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함하는 에너지 하베스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판은 밴드형 구조, 평판형 구조 또는 코어-셸(core-shell) 구조를 가지는 에너지 하베스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판은 플라스틱, 직물(textile), 섬유(fiber), 유리, 웨이퍼 또는 금속 호일(metal foil)을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극은 그라핀(graphene), CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide), 금속 또는 전도성 폴리머를 포함하는 에너지 하베스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자(piezoelectric generator)와 마찰전기 발전소자(triboelectric generator) 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 하베스터. - 제 5 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 복수의 압전 나노와이어들은 포함하는 에너지 하베스터. - 제 6 항에 있어서,
상기 압전 나노와이어들은 ZnO, SnO, PZT, ZnSnO3, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 또는 P(VDF-TrFE)를 포함하는 에너지 하베스터. - 제 6 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제2 전극과 상기 압전 나노와이어들 사이에 마련되는 유전성 필름을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 8 항에 있어서,
상기 유전성 필름은 강유전(ferroelectric) 물질, 압전(piezoelectric) 물질, 정전 물질(electrostatic) 또는 초전(pyroelectric) 물질을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 5 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전 박막층을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 10 항에 있어서,
상기 압전 박막층은 ZnO, ZnSnO3, SnO, BaTiO3, NaNbO3, PZT, PVDF(Polyvinylidene fluoride) 또는 P(VDF-TrFE)를 포함하는 에너지 하베스터. - 제 5 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 전극 상에 마련되는 것으로 제1 유전체 또는 금속을 포함하는 제1 마찰전기층과, 상기 제2 전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함하는 제2 마찰전기층을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1 유전체는 Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk, Al, paper, cotton, steel, wood, Ni, Cu, Ag 또는 PVA을 포함하고, 상기 제2 유전체는 silicone rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, Polypropylene, Polyethylene, PVC, 강유전체 또는 일렉트릿(eletret)을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층의 표면에는 복수의 제1 돌기부들이 형성되어 있고, 상기 제2 마찰전기층의 표면에는 제2 돌기부들이 형성되어 있는 에너지 하베스터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 마련되는 복수의 제1 와이어들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 마련되는 복수의 제2 와이어들을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 16 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 라인들은 상기 질량체의 운동 방향에 수직인 방향으로 배치되는 에너지 하베스터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함하는 에너지 하베스터. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층과 상기 제2 마찰전기층 사이의 간격은 0 ~ 10mm 인 에너지 하베스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판 사이에는 상기 제1 및 제2 기판 사이의 간격을 유지하는 적어도 하나의 스페이서(spacer)가 마련되는 에너지 하베스터. - 제 1 항에 있어서,
상기 질량체는 모바일 기기 본체 및 별도의 물체(object) 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 하베스터. - 튜브 형상을 가지며, 내부에 캐비티가 형성된 기판;
상기 기판의 내면에 마련되는 마찰전기층;
상기 기판의 외측 또는 내측에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극; 및
상기 마찰전기층의 내측의 상기 캐비티의 내부에서 이동가능하게 마련되는 적어도 하나의 질량체;를 포함하는 에너지 하베스터. - 제 22 항에 있어서,
상기 기판은 원통 형상 또는 사각통 형상을 가지는 에너지 하베스터. - 제 22 항에 있어서,
상기 질량체는 원기둥 형상, 사각기둥 형상, 원통 형상 또는 볼(ball) 형상을 가지는 에너지 하베스터. - 제 22 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극은 상기 기판의 길이 방향을 따라 교대로 마련되는 에너지 하베스터. - 제 22 항에 있어서,
상기 마찰전기층과 상기 질량체 중 어느 하나는 제1 유전체 또는 금속을 포함하고, 다른 하나는 상기 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함하는 에너지 하베스터. - 모바일 기기 본체; 및
상기 모바일 기기 본체와 연결되어 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터;를 구비하고,
상기 에너지 하베스터는,
서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 모바일 기기 본체와 연결되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함하는 모바일 기기. - 제 27 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판은 밴드형 구조, 평판형 구조 또는 코어-셸(core-shell) 구조를 가지는 모바일 기기. - 제 27 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자 중 적어도 하나를 포함하는 모바일 기기. - 제 29 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 복수의 압전 나노와이어들은 포함하는 모바일 기기. - 제 30 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제2 전극과 상기 압전 나노와이어들 사이에 마련되는 유전성 필름을 포함하는 모바일 기기. - 제 29 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전 박막층을 포함하는 모바일 기기. - 제 29 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 전극 상에 마련되는 것으로 제1 유전체 또는 금속을 포함하는 제1 마찰전기층과, 상기 제2 전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함하는 제2 마찰전기층을 포함하는 모바일 기기. - 제 33 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층의 표면에는 복수의 제1 돌기부들이 형성되어 있고, 상기 제2 마찰전기층의 표면에는 제2 돌기부들이 형성되어 있는 모바일 기기. - 제 33 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 마련되는 복수의 제1 와이어들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 마련되는 복수의 제2 와이어들을 포함하는 모바일 기기. - 제 33 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함하는 모바일 기기. - 제 33 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함하는 모바일 기기. - 제 27 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판 사이에는 상기 제1 및 제2 기판 사이의 간격을 유지하는 적어도 하나의 스페이서(spacer)가 마련되는 모바일 기기. - 제 27 항에 있어서,
상기 모바일 기기는 인체에 부착되는 기기로서, 스마트 시계(smart watch), MP3 플레이어, 블루투스 기기, 휴대폰, 라디오 또는 센서를 포함하는 모바일 기기. - 모바일 기기 본체; 및
적어도 하나가 상기 모바일 기기 본체와 연결되어 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 전기에너지를 발생시키는 것으로, 서로 연결된 복수의 에너지 하베스터들;을 구비하고,
상기 에너지 하베스터들 각각은,
서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 모바일 기기 본체와 연결되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 모바일 기기 본체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함하는 모바일 기기. - 제 40 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자와 마찰전기 발전소자 중 적어도 하나를 포함하는 모바일 기기. - 모바일 기기 본체;
상기 모바일 기기 본체를 지지하는 지지대; 및
상기 모바일 기기 본체와 상기 지지대 중 적어도 하나에 마련되는 것으로, 외부에서 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 적어도 하나의 에너지 하베스터;를 구비하는 모바일 기기. - 제 42 항에 있어서,
상기 에너지 하베스터는 상기 모바일 기기 본체와 상기 지지대 중 적어도 하나의 내부 또는 외부에 마련되는 모바일 기기. - 제 42 항에 있어서,
상기 지지대는 밴드형 구조 또는 평판형 구조를 포함하는 모바일 기기. - 제 42 항에 있어서,
상기 에너지 하베스터는,
질량체(mass);
서로 이격되게 마련되는 것으로, 그 중 적어도 하나는 상기 질량체와 연결되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 상에 마련되는 제1 및 제2 전극; 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 것으로, 상기 질량체의 움직임에 의해 가해지는 기계적인 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 발생소자;를 포함하는 모바일 기기. - 제 45 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 압전 발전소자(piezoelectric generator)와 마찰전기 발전소자(triboelectric generator) 중 적어도 하나를 포함하는 모바일 기기. - 제 46 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 복수의 압전 나노와이어들은 포함하는 모바일 기기. - 제 47 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제2 전극과 상기 압전 나노와이어들 사이에 마련되는 유전성 필름을 포함하는 모바일 기기. - 제 46 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 마련되는 압전 박막층을 포함하는 모바일 기기. - 제 46 항에 있어서,
상기 에너지 발생소자는 상기 제1 전극 상에 마련되는 것으로 제1 유전체 또는 금속을 포함하는 제1 마찰전기층과, 상기 제2 전극 상에 마련되는 것으로 상기 제1 유전체와 다른 제2 유전체를 포함하는 제2 마찰전기층을 포함하는 모바일 기기. - 제 50 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층의 표면에는 복수의 제1 돌기부들이 형성되어 있고, 상기 제2 마찰전기층의 표면에는 제2 돌기부들이 형성되어 있는 모바일 기기 . - 제 50 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 마련되는 복수의 제1 와이어들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 마련되는 복수의 제2 와이어들을 포함하는 모바일 기기. - 제 50 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 서로 나란하게 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함하는 모바일 기기. - 제 50 항에 있어서,
상기 제1 마찰전기층은 상기 제1 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제1 라인들을 포함하고, 상기 제2 마찰전기층은 상기 제2 전극 상에 방사상으로 마련되는 복수의 제2 라인들을 포함하는 모바일 기기. - 제 42 항에 있어서,
상기 에너지 하베스터는,
튜브 형상을 가지며, 내부에 캐비티가 형성된 기판;
상기 기판의 내면에 마련되는 마찰전기층;
상기 기판의 외측 또는 내측에 마련되는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극; 및
상기 마찰전기층의 내측의 상기 캐비티의 내부에서 이동가능하게 마련되는 적어도 하나의 질량체;를 포함하는 모바일 기기. - 제 42 항에 있어서,
상기 기판은 상기 캐비티가 폐회로를 구성하도록 마련되는 모바일 기기. - 제 42 항에 있어서,
상기 지지대는 서로 나란하게 연결된 상기 복수의 에너지 하베스터들을 포함하는 모바일 기기. - 제 57 항에 있어서,
상기 에너지 하베스터들은 서로 직렬로 연결된 모바일 기기.
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