WO2014084581A1 - 액체를 이용한 에너지 전환 장치 - Google Patents

액체를 이용한 에너지 전환 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2014084581A1
WO2014084581A1 PCT/KR2013/010818 KR2013010818W WO2014084581A1 WO 2014084581 A1 WO2014084581 A1 WO 2014084581A1 KR 2013010818 W KR2013010818 W KR 2013010818W WO 2014084581 A1 WO2014084581 A1 WO 2014084581A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
poly
energy conversion
liquid
electrode substrate
layer
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/010818
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
권순형
김영훈
오민석
김지완
유병욱
김연상
박준우
Original Assignee
전자부품연구원
서울대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원, 서울대학교 산학협력단 filed Critical 전자부품연구원
Priority to EP13858306.7A priority Critical patent/EP2930359B1/en
Priority to JP2015545357A priority patent/JP5956084B2/ja
Priority to US14/647,865 priority patent/US9998034B2/en
Publication of WO2014084581A1 publication Critical patent/WO2014084581A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04—Friction generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002—Generators

Definitions

  • the present invention relates to an energy conversion device using a liquid, and more particularly, to an apparatus for converting mechanical energy into electrical energy by applying the opposite phenomenon of electrowetting.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional energy conversion device using a liquid.
  • a conventional energy conversion device using a liquid forms electrodes in a predetermined pattern on a wall of an elongated channel, and forms a dielectric material layer on the electrode.
  • the conductive liquid and the non-conductive liquid in the form of droplets are injected into the channel, and the conductive liquid is polarized by applying a voltage from an external power source to the conductive liquid in the form of droplets.
  • a lubricating layer is required because it is difficult to reversible movement, in which a liquid liquid in the form of droplets moves in narrow narrow channels and returns to its original position when external force disappears. In some cases, channel blockage occurs easily and operation is impossible.
  • the conventional liquid energy conversion method and apparatus employs a narrow and narrow channel structure, so that two opposing electrodes must be patterned in a predetermined shape on the wall of the channel, and according to such a structure, the device configuration becomes complicated, and electrical energy
  • the size of the module to produce a large size, the mass production or cost reduction was also limited.
  • Another problem is that it is harmful to the human body and the environment by using a liquid metal such as mercury or galinstan (galinstan), there is a limit that requires a separate power supply from the outside in order to polarize such a conductive liquid.
  • a liquid metal such as mercury or galinstan (galinstan)
  • the energy conversion method and apparatus using the conventional liquids have difficulty in controlling because they must use two different types of liquids that do not mix with the point of continuously implementing a reversible movement in the channel structure.
  • the conventional energy conversion method and apparatus using a liquid has a problem that the device is damaged by an external physical force using a piezoelectric body.
  • the energy conversion method and apparatus using a conventional liquid has a problem that it is difficult to implement a device when the large-scale power generation, the price is very high.
  • Another object of the present invention is to provide an efficient energy conversion method and apparatus having a simple structure and low failure rate by using an energy conversion layer.
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for converting energy, which enables a flexible device to be implemented and facilitates simple and large area application of the device structure.
  • the surface of the second electrode substrate is provided with an energy conversion device using a liquid, characterized in that it comprises an energy conversion layer for generating electrical energy in accordance with the change.
  • the energy conversion layer is characterized in that it comprises at least one layer of an inorganic layer, an organic layer or a mixture layer of organic and inorganic.
  • a layer of hydrophobic material is laminated on the energy conversion layer to facilitate the change of contact surface, contact angle or contact area with the ionic liquid or water according to the change of the gap.
  • the ionic liquid is at least one of NaCl, LiCl, NaNo3, Na2SiO3, AlCl3-NaCl, LiCl-KCl, KCL, Na, NaOH H2SO4, CH3COOH, HF, CuSO4, ethylene glycol, propylene glycol or AgCl It is characterized by including.
  • the first electrode substrate having a recess in which the conductive liquid is stored; And a second electrode substrate facing the first electrode substrate and having a convex portion corresponding to the concave portion, wherein a distance between the electrode substrates is changed by an external physical force and contacts the conductive liquid.
  • the surface of the electrode substrate is provided with an energy conversion device using a liquid, characterized in that it comprises an energy conversion layer for generating electrical energy in accordance with the change.
  • the energy conversion layer is characterized in that it comprises at least one layer of an inorganic layer, an organic layer or a mixture layer of organic and inorganic.
  • a layer of a hydrophilic material is laminated on the energy conversion layer to facilitate a change in contact surface, contact angle, or contact area with the conductive liquid according to a change in distance.
  • the hydrophilic material layer is poly (acrylic acid, PAA), acrylamides, maleic anhydride copolymers, methacrylates, ethacrylates ), Amine-Functional Polymers, Amine-Functional Polymers, Polystyrenesulfonate (PSS), Vinyl Acids, Vinyl Alcohols or- NH, -CO-, amino group -NH2, hydroxyl group -OH or carboxyl-COOH It is characterized by consisting of a material containing at least one of the functional group.
  • the conductive liquid has a specific resistance range of 1 u ⁇ / cm to 1000 u ⁇ / cm and a dielectric constant (K) of 5 or less.
  • the energy conversion layer is polymethyl methacrylate (PolyMethylMethAcrylate, PMMA), polyethylene (Polyethylene, PE), polystyrene (Polystyrene, PS), polyvinylpyrrolidone (PVP), poly4 vinyl phenol (poly (4-vinylpenol, PVP)) or polyethersulfone (PES) poly (4-methoxyphenylacrylate) (Poly (4-methoxyphenylacrylate); PMPA), poly (phenylacrylate) (Poly (phenylacrylate ); PPA), poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) (Poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate); PTFMA), cyanoethylpullulan (CYEPL), polychloride Polyvinyl chloride (PVC), poly (parabanic acid) resin (PPA), poly (t-butylstyrene) (PTBS),
  • the energy conversion layer is silicon oxide (SiO 2), titanium oxide (TiO 2), aluminum oxide (Al 2 O 3), tantalum (Ta 2 O 5), tantalum pentoxide, zinc oxide (ZnO), Tantalum pentoxide (Ta2O5), yttrium oxide (Y2O3), cerium oxide (CeO2), titanium dioxide (TiO2), barium titanate (BaTiO3), barium zirconate titanate Barium zirconate titanate (BZT), zirconium dioxide (ZrO2), lanthanum oxide (L2O3), hafnium silicate (Hafnon, HfSiO4), lanthanum aluminate (Lanthanum Aluminate, LaAlO3), nitride , Si3N4), Perovskite material, strontium titanate (SrTiO3), barium strontium titanate (BST), lead zirconate titanate (PZ
  • a non-conductive gas consisting of at least one of air, oxygen, nitrogen, argon, helium, neon, krypton, xenon or radon disposed between the first electrode substrate and the second electrode substrate.
  • the first electrode substrate has a plurality of concave portions
  • the second electrode substrate has a plurality of convex portions
  • the energy conversion layer is characterized in that the structure for expanding the contact area with the liquid is formed.
  • the first electrode substrate or the second electrode substrate comprises an electrode
  • the electrode is ITO, IGO, chromium, aluminum, Indium Zinc Oxide (IZO), Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO), ZnO, ZnO 2
  • an inorganic electrode including at least one of TiO 2 or a metal electrode including at least one of platinum, gold, silver, aluminum, iron, or copper, or PEDOT (polyethylenedioxythiophene) or carbon nanotube (CNT).
  • Graphene polyacetylene, polythiophene (PT), polypyrrole, polyparaphenylene (PPV), polyaniline, polysulfuritride ), At least one of stainless steel, iron alloy containing 10% or more of chromium, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr alloy, Ti alloy, Ni-Ti, or polyparaphenylenevinylene Organic electrode containing any one It is characterized by.
  • At least one of the first electrode substrate and the second electrode substrate is a metal substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, or a substrate of a polymer material, and the substrate of the polymer material is polyethylene terephthalate (PET).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PAR Polyarylate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PES polyethersulfone
  • PI polyimide
  • PC polycarbonate
  • FRP fiber reinforced plastics
  • the ceramic substrate is alumina (Al2O3), beryl (BeO), aluminum nitride (AlN), carbide It is characterized in that the substrate using a ceramic material containing at least one of silicon, mullite or silicon.
  • the support portion between the first electrode substrate and the second electrode substrate, the connection portion is restored to its original form when the external physical force is removed; characterized in that it comprises a.
  • the connecting portion has a shape of at least one of rectangular, triangular, inverted triangular, circular, oval or cylindrical, and the energy conversion device is triangular, rectangular, It is characterized by a pentagonal shape, hexagonal shape, circular shape, lattice shape or honeycomb shape.
  • the present invention changes the contact surface with a liquid between a pair of electrodes and utilizes the change of the contact surface with the liquid to generate electrical energy, thereby requiring channel blockage, a lubricating layer, or electrodes patterned on the channel.
  • the device is simplified, the manufacturing cost is reduced, and the energy conversion device with low failure is realized.
  • the present invention has the advantage that efficient electrical energy conversion is possible without a separate external power supply.
  • the present invention has the effect of solving the problems harmful to humans and the environment by using an ionic liquid or water.
  • the present invention has the advantage that the flexible device can be implemented, and the structure of the device is simplified to facilitate large area application.
  • FIG. 1 is a block diagram of an energy conversion device using a conventional liquid.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an energy conversion device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing in detail the energy conversion layer of the energy conversion device according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4D are side views illustrating an embodiment of an energy conversion layer of an energy conversion device using a change in contact surface with a liquid according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a structural diagram of an energy conversion device using a change in contact surface with a liquid according to another embodiment of the present invention.
  • an energy conversion device using a liquid according to an embodiment of the present invention includes a first electrode substrate 210 having a recess in which an ionic liquid or water 260 is stored; And a second electrode substrate 220 facing the first electrode substrate 210 and having a convex portion corresponding to the concave portion.
  • the distance between the first electrode substrate 210 and the second electrode substrate is changed by an external physical force, the surface of the second electrode substrate 220 in contact with the ionic liquid or water (260) interval is the change
  • the present invention further includes energy conversion layers 230 and 240 to generate electrical energy.
  • the energy conversion device according to an embodiment of the present invention may have a surface in which the first electrode substrate 210 or the second electrode substrate 220 is in contact with or touches the ionic liquid or water 260. Electrodes 211 and 221 are formed, and an inorganic material layer 230, an organic material layer 240, and a hydrophobic material layer 250 are sequentially stacked on the electrode 221.
  • At least one of the contact surface, the contact angle, or the contact area of the ionic liquid or water 260 changes in the substrate spacing between the first electrode substrate 210 and the second electrode substrate 220 on which the energy conversion layer is formed. This change generates electrical energy.
  • the energy conversion layer may be immersed in the contact surface with the ionic liquid or the water 260, at least one of the contact angle or the contact area, that is, the ionic liquid or the water 260 on the second electrode substrate 220. It is formed on the side. In FIG. 3, only an example formed on the lower surface is illustrated, but may be formed on the side portion, and may be formed to surround both the lower surface and the side portion.
  • the energy conversion layer is configured to include at least one layer of the inorganic layer 230, the organic layer 240 or a mixture layer of organic and inorganic.
  • the formation of such an energy conversion layer may be a method such as patterning, vapor deposition, or spin coating.
  • the energy conversion layer is formed by sequentially stacking the inorganic layer 230 and the organic layer 240.
  • the inorganic layer 230 and the organic layer 240 may be stacked on the first electrode substrate 210 or the second electrode substrate 220 in any order, but should be stacked adjacent to each other.
  • the inorganic layer 230 and the organic layer 240 may be repeatedly overlapped when stacked on the first electrode substrate 210 or the second electrode substrate 220. That is, the energy conversion layer may be formed by repeatedly forming the inorganic material layer 230 and the organic material layer 240.
  • the inorganic layer 230 or the organic layer 240 is deposited to form a structure for increasing the contact area with the ionic liquid or water 260.
  • an energy conversion layer of an energy conversion device using a change in contact surface with a liquid according to one embodiment of the present invention is an inorganic layer on an electrode 420 included in the second electrode substrate 410. 430 is deposited.
  • the organic layer 440 is stacked on the inorganic layer 430 such that a microstructure having an uneven shape (FIG. 4A), a sharp protrusion shape (FIG. 4B), a hemisphere shape (FIG. 4C), and a blood cell shape (FIG. 4D) is formed.
  • the order of the organic material layer 440 and the inorganic material layer 430 may be changed, and it is not necessary that the organic material layer 440 is stacked to form a structure.
  • the hydrophobic material layer 450 is stacked on the organic material layer 440 stacked to form the structure so as to maintain the structure shape.
  • This structure shape has an effect of increasing the electrical energy generation efficiency by making the change of the contact area between the electrode substrates and the ionic liquid or water becomes larger.
  • a plurality of energy conversion devices using a change in contact surface with a liquid are connected in a plurality of array forms.
  • the change of the contact area between the electrode substrates and the ionic liquid or water is increased to increase the electric energy generating efficiency.
  • the hydrophobic material layer 250 may include a contact surface, a contact angle, or an ionic liquid or water 260 on the energy conversion layers 230 and 240 with the electrode substrates 210 and 220.
  • the at least one of the contact areas is stacked to facilitate change.
  • the hydrophobic material layer 250 may be stacked on the first electrode substrate 210 or the second electrode substrate 220 on which the energy conversion layer is not formed.
  • the energy conversion layer is polymethyl methacrylate (PolyMethylMethAcrylate, PMMA), polyethylene (Polyethylene, PE), polystyrene (Polystyrene, PS), polyvinylpyrrolidone (PVP), Poly (4-vinylpenol, PVP) or polyethersulfone (PES) poly (4-methoxyphenylacrylate) (Poly (4-methoxyphenylacrylate); PMPA), poly (phenylacrylate) (Poly (phenylacrylate); PPA), Poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) (Poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate); PTFMA), Cyanoethylpullulan; CYEPL ), Polyvinyl chloride (PVC), poly (parabanic acid) resin (PPA), poly (t-butylstyrene) (PTBS), polythieny
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the organic material layer 240 may be formed of a material having a dielectric constant (K) of 4 or less, and the inorganic material layer 230 may be made of a material having a dielectric constant (K) of 5 or more.
  • the hydrophobic material layer 250 is a silane-based material, a fluoropolymer material, trichlorosilane, triethoxysilane, pentafluorophenylpropyl Pentafluorophenylpropyltrichlorosilane, (benzyloxy) alkyltrimethoxysilane (BSM-22), (benzyloxy) alkyltrichlorosilane (BTS), hexamethyldisilazane ( hexamethyldisilazane (HMDS), octadecyltrichlorosilane (OTS), octadecyltrimethoxysilane (OTMS), divinyltetramethyldisiloxane-bis- (benzocyclobutene) (divinyltetramethyldisiloxane-bis (benzocyclobutene); BCB) at least one of the substances or
  • the electrode used for the second electrode substrate 220 or the first electrode substrate 210 may be ITO, IGO, chromium, aluminum, indium zinc oxide (IZO), or indium gallium zinc (IGZO).
  • Oxide an inorganic electrode containing at least one of ZnO, ZnO2 or TiO2, or a metal electrode containing at least one of platinum, gold, silver, aluminum, iron or copper, or PEDOT (polyethylenedioxythiophene), carbon nanotube ( CNT, Carbon nano tube, Graphene, Polyacetylene, Polythiophene (PT), Polypyrrole, Polyparaphenylene (PPV), Polyaniline, Polysulfur Nitride, stainless steel, iron alloy containing 10% or more of chromium, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr alloy, Ti alloy, Nitinol (Ni-Ti) or polyparaphenylene vinyl Containing at least one of ethylene (poly
  • the second electrode substrate 220 or the first electrode substrate 210 is a metal substrate, a glass substrate or a substrate of a polymer material.
  • the substrate of the polymer material is polyethylene terephthalate (PET), polyarylate (polyarylate, PAR), polymethyl methacrylate (PolyMethylMethAcrylate, PMMA), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (Polyethersulfone , PES), polyimide (PI), polycarbonate (Polycarbonate, PC), or a plastic substrate or film including at least one of the fiber reinforced plastics (FRP).
  • the ceramic substrate is a substrate using a ceramic material including at least one of alumina (Al 2 O 3), beryllia (BeO), aluminum nitride (AlN), silicon carbide, mullite, or silicon.
  • the ionic liquid 260 is NaCl, LiCl, NaNo3, Na2SiO3, AlCl3-NaCl, LiCl-KCl, KCL, Na, NaOH H2SO4, CH3COOH, HF, CuSO4, ethylene glycol, propylene At least one of glycol or AgCl.
  • the space between the first electrode substrate 210 and the second electrode substrate 220 is configured to be filled with a non-conductive gas.
  • the space between the first electrode substrate 210 and the second electrode substrate 220 may be a general air environment.
  • the non-conductive gas consists of at least one of air, oxygen, nitrogen, argon, helium, neon, krypton, xenon or radon.
  • connection part 270 supports between the first electrode substrate and the second electrode substrate.
  • connection portion 270 has a restoring force or flexibility to return to its original form when the change of form occurs by the external physical force and the external physical force is removed.
  • connection portion 270 has a shape of at least one of rectangular, triangular, inverted triangular, circular, oval or cylindrical.
  • the energy conversion device may be connected in an array form by the connection unit 270. That is, the energy conversion device has a triangular shape, square shape, pentagonal shape, hexagonal shape, circular shape, lattice shape or honeycomb shape by the connection part 270.
  • connection portion 270 may be rectangular, triangular, inverted triangular, circular, oval, cylindrical, energy conversion device unit cell, Cell (top plate + bottom plate + partition + liquid + gas) Shapes can be triangular, square, pentagonal, hexagonal, circular, lattice, and honeycomb.
  • an energy conversion device using a liquid according to another embodiment of the present invention includes a first electrode substrate 510 having a recess in which a conductive liquid 560 is stored; A second electrode substrate 520 facing the first electrode substrate 510 and having a convex portion corresponding to the concave portion; And a connecting portion (not shown) connecting the electrode substrate with elasticity to enable a change in distance between the electrode substrates.
  • the energy is formed on at least one of the surface of the first electrode substrate 510 or the surface of the second electrode substrate 520 in contact with the conductive liquid 560 to generate electrical energy in accordance with the gap change. It further comprises a conversion layer.
  • the first electrode substrate 510 and the second electrode substrate are changed according to at least one of a contact surface, a contact angle, and a contact area with the conductive liquid 560 in the energy conversion layer.
  • the capacitance of the electrode included in 520 is changed to generate electrical energy.
  • the conductive liquid 660 may be used, such as mercury, lithium, gallium, potassium, NaK, bismuth, tin, sodium, sodium-potassium alloy, the specific resistance range of 1u ⁇ / cm to 1000u ⁇ / cm, and the dielectric constant (K) is preferably 5 or less.
  • the hydrophilic material layer 650 is stacked on the energy conversion layers 630 and 640 so that the conductive liquid 660 can easily change the contact surface with the electrode substrates 610 and 620. do.
  • the hydrophilic material layer 650 may be made of polyacrylic acid (PAA), acrylamides, maleic anhydride copolymers, and methacrylates.
  • PAA polyacrylic acid
  • Ethacrylate Amine-Functional Polymers
  • Amine-Functional Polymers Amine-Functional Polymers
  • PSS Polystyrenesulfonate
  • Vinyl Acids Vinyl alcohols (Vinyl Alcohols)
  • -NH, -CO- an amino group, -NH2, a hydroxyl group, -OH, a carboxyl group and -COOH, consisting of a material containing at least one functional group.
  • the material of the electrode or substrate constituting the first electrode substrate 610 or the second electrode substrate 620, the inorganic material layer 630, the organic material layer 640 and the technical matters related to the structure, the plural use of the energy conversion device of the present invention, and the like may be constructed according to the embodiment described above with the use of the ionic liquid or water, or as described in FIGS. 2, 3 and 4a to 4b. The details are omitted.
  • the present invention can prevent the blockage and mixing in the channel as compared with the conventional use of two or more kinds of heterogeneous liquids, and also does not require a lubricating layer.
  • the prior art limits the structure of the electrode insulating film to one layer of self assembly molecular monolayer, one layer of dielectric layer or more non-conductive layer, or various combinations thereof.
  • the present invention proposes a structure for optimizing the energy conversion efficiency. That is, the electrode / inorganic layer / organic layer / (hydrophobic material layer, hydrophilic material) on one of the upper electrode substrates or the lower electrode substrate (in accordance with the stacking order) at least one of the contact surface, the contact angle, and the contact area with the liquid changes.
  • Layer is selected according to the type of liquid) or electrode / organic layer / inorganic layer / (selected according to the type of liquid among the hydrophobic layer and hydrophilic material layer), and both the upper electrode substrate and the lower electrode substrate ( According to the stacking order) Depending on the type of liquid in the electrode / inorganic layer / organic layer / (hydrophobic layer, hydrophilic material layer) or electrode / organic layer / inorganic layer / (hydrophobic layer, hydrophilic material layer) Selected).
  • the present invention does not require the external power supply because the energy conversion layer plays a role of polarizing the ionic liquid.
  • the present invention has a very high applicability, especially in the lane and delivery energy conversion device, by placing an elastic body between the lower device and the upper device and the lower device capable of confining water or ionic liquid, When a force is applied, part of the upper unit contacts the liquid in the lower unit, resulting in a change in contact angle and contact area, which results in the conversion of mechanical energy into electrical energy.
  • first electrode substrate first electrode substrate
  • 220 second electrode substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

본 발명은 액체를 이용한 에너지 전환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기습윤(electrowetting)현상의 반대현상을 응용하여 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 방법 및 장치에 관한 것으로 한쌍의 전극사이에서 액체와의 접촉면을 변화시키고, 그에 따른 액체와의 접촉면 변화를 전기에너지 생성에 활용하여, 채널 막힘현상이나 윤활층, 혹은 채널상에 복잡하게 패터닝된 전극들을 필요로 하지 않도록 함으로써 장치의 단순화, 제조원가 절감과 함께 고장이 적은 에너지 전환장치를 구현한다는 효과가 있으며, 플렉서블 소자 구현이 가능하도록 하고, 소자의 구조를 간단하게 하여 대면적 적용이 용이하도록 한 장점이 있다.

Description

액체를 이용한 에너지 전환 장치
본 발명은 액체를 이용한 에너지 전환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기습윤(electrowetting)현상의 반대현상을 응용하여 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치에 관한 것이다.
종래의 액체를 이용하여 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기술들은 유전물질과 접하고 있는 액체금속의 접촉면적을 시간의 흐름에 따라 변화시켜 유전물질 아래 위치하는 전극에 전기용량(capacitance)을 발생시키는 원리를 이용한다.
종래의 액체를 이용한 에너지 전환 방법 및 장치는 미국등록특허 7,898,096호에서 개시하고 있다.
도 1은 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 장치의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 장치는 가늘고 긴 형상의 채널의 벽에 일정한 패턴으로 전극을 형성하고, 전극의 상부에는 유전물질층을 형성시킨다. 그리고 채널의 내부에는 작은 물방울 형태의 전도성 액체와 비전도성 액체를 주입하고, 이러한 물방울 형태의 전도성 액체에 외부전원으로부터 전압을 인가하여 전도성 액체를 분극시킨다.
이 상태에서 채널과 연결되어 있는 소정의 부분(미도시)에 물리적인 압력을 가하게 되면 분극된 물방울 형태의 전도성 액체는 채널을 따라 이동하게 되고, 이 과정에서 일정한 패턴으로 형성되어 있는 다수의 전극은 이동하는 다수의 전도성 액체 방울과 접촉하는 면적이 시간에 따라 계속적으로 변화하게 되어, 그 결과 전기용량이 변화하여 전기 에너지가 생성된다.
그러나, 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 방법 및 장치는 실용화를 위해서는 다양한 문제점들을 가지고 있었다.
먼저, 좁고 가는 채널 내에서 방울형태의 액체금속이 이동하였다가 외부의 힘이 사라지면 다시 원래의 위치로 복귀하는, 가역가능한(reversible)움직임이 어려워 윤활층(lubricating layer)이 별도로 필요하다는 한계점이 있고, 채널 막힘현상이 쉽게 발생하여 동작이 불가능한 경우가 발생한다.
또한, 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 방법 및 장치는 좁고 가는 채널 구조를 채용하고 있어, 대향하는 두 전극이 채널의 벽에 일정한 모양으로 패턴되어야 하며, 이러한 구조에 따라 장치구성이 복잡해지고, 전기에너지를 생산하는 모듈의 크기가 커지며, 대량생산이나 원가절감에도 한계가 많았다.
또 다른 문제점으로는 수은 또는 갈린스탄(galinstan)과 같은 액체금속을 사용하여 인체 및 환경에 유해하며, 이러한 전도성 액체를 분극시키기 위해서는 외부로부터 별도의 전원 인가가 필요한 한계점이 있다.
그리고, 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 방법 및 장치는 채널구조에서 가역가능한(reversible)한 움직임을 계속적으로 구현해야 하는 점과 섞이지 않는 상이한 두 종류의 액체를 사용해야하기 때문에 제어의 어려움이 있다.
또한, 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 방법 및 장치는 압전체를 이용하여, 외부의 물리적인 힘에 의해 장치가 손상되는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 방법 및 장치는 대면적 발전일 경우 소자 구현이 어렵고, 가격이 매우 높은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전극에 접촉하는 액체와의 접촉면을 변화시켜 전기 에너지를 생성하는 액체를 이용한 에너지 전환 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 에너지 전환층을 이용하여 구조가 간단하며 고장이 적은 효율적인 에너지 전환 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 플렉서블 소자 구현이 가능하고, 소자의 구조를 간단하면서도 대면적 적용이 용이하도록 하는 에너지 전환 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 이온성 액체 또는 물이 저장된 오목부를 가진 제1전극기판; 및 상기 제1전극기판에 대향하고, 상기 오목부에 상응하는 볼록부를 가진 제2전극기판;을 포함하되, 상기 전극기판간의 간격은 외부의 물리력에 의해 변화하고, 상기 이온성 액체 또는 물에 닿는 상기 제2전극기판의 면은 상기 변화에 따라 전기에너지를 발생하도록 하는 에너지 전환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 에너지 전환층은 무기물층, 유기물층 또는 유기물과 무기물의 혼합물층 중 적어도 어느 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 에너지 전환층 상에 간격변화에 따른 상기 이온성 액체 또는 물과의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 변화를 용이하도록 하기 위한 소수성 물질층이 적층되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 이온성 액체는 NaCl, LiCl, NaNo3, Na2SiO3, AlCl3-NaCl, LiCl-KCl, KCL, Na,NaOH H2SO4, CH3COOH, HF, CuSO4, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 또는 AgCl 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전도성 액체가 저장된 오목부를 가진 제1전극기판; 및 상기 제1전극기판에 대향하고, 상기 오목부에 상응하는 볼록부를 가진 제2전극기판;을 포함하되, 상기 전극기판간의 간격은 외부의 물리력에 의해 변화하고, 상기 전도성 액체에 닿는 상기 제2전극기판의 면은 상기 변화에 따라 전기에너지를 발생하도록 하는 에너지 전환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 에너지 전환층은 무기물층, 유기물층 또는 유기물과 무기물의 혼합물층 중 적어도 어느 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 에너지 전환층 상에 간격변화에 따른 상기 전도성 액체와의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 변화를 용이하도록 하기 위한 친수성 물질층이 적층되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 친수성 물질층은 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA), 아크릴아미드(Acrylamides), 말레산 무수물 공중합체(Maleic Anhydride Copolymers), 메타크릴레이트(Methacrylate), 에타크릴레이트(Ethacrylate), 아민 작용성 중합체(Amine-Functional Polymers), 아민-관능기를 갖는 중합체(Amine-Functional Polymers), 폴리스티렌설포네이트(Polystyrenesulfonate, PSS), 비닐산(Vinyl Acids), 비닐알코올(Vinyl Alcohols) 또는 -NH, -CO-, 아미노기 -NH2, 수산기 -OH 또는 카르복실시 -COOH 의 기능기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전도성 액체는 비저항범위가 1uΩ/cm 내지 1000uΩ/cm이며, 유전상수(dielectric constant, K)가 5이하인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 에너지 전환층은, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리4비닐페놀(poly(4-vinylpenol, PVP)) 또는 폴리이서술폰(polyethersulfone, PES) 폴리(4-메톡시페닐아크릴레이트) (Poly(4-methoxyphenylacrylate); PMPA), 폴리(페닐아크릴레이트) (Poly(phenylacrylate); PPA), 폴리(2,2,2-트리플로로에틸 메타아크릴레이트) (Poly(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate); PTFMA), 사이아노에틸풀루란 (Cyanoethylpullulan; CYEPL), 폴리염화비닐 (polyvinyl chloride; PVC), 폴리(파라반사) 수지 (Poly (parabanic acid) resin; PPA), 폴리(t-부틸스티렌) (Poly(t-butylstyrene); PTBS), 폴리티에닐렌비닐렌 (Polythienylenevinylene; PTV), 폴리비닐아세테이트 (Polyvinylacetate; PVA), 폴리(비닐 알코올) (Poly(vinyl alcohol); PVA), 폴리(R메틸스티렌) (Poly(Rmethylstyrene); PAMS), 폴리(비닐 알코올)-코-폴리(비닐 아세테이트)-코-폴리(이타콘산) (Poly(vinyl alcohol)-co-poly(vinyl acetate)-co-poly(itaconic acid); PVAIA), 폴리올레핀 (Polyolefin), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 파릴렌-C (Parylene-C), 폴리이미드 (Polyimide), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane; OTS), 폴리(트리아릴아민) (Poly(triarylamine); PTTA), 폴리-3-헥실티오펜 (Poly-3-hexylthiophene; P3HT), 가교 결합된 폴리-4-비닐페놀 (cross-linked Poly-4-vinylphenol; cross-linked PVP), 폴리(퍼플로로알케닐비닐 에테르) (Poly(perfluoroalkenylvinyl ether)), 나일론-6 (Nylon-6), n-옥타데실포스포닉 산 (n-Octadecylphosphonic acid; ODPA), 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 실리콘(silicone), 폴리우레탄(polyurethane), 라텍스(latex), 초산셀룰로오스(cellulose acetate), PHEMA(poly(hydroxy ethyl methacrylate)), 폴리락타이드(polylactide, PLA), PGA(폴리글리콜라이드, polyglycolide), 또는 PGLA (Polyglycolide-co-Lactide ) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 유기물층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 에너지 전환층은, 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3),탄탈(Ta2O5), 오산화 탄탈럼(Tantalum Pentoxide), 산화아연(Zinc oxide, ZnO), 산화탄탈륨(Tantalum pentoxide, Ta2O5), 산화이트륨(Yttrium oxide, Y2O3), 산화세륨(Cerium oxide, CeO2), 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO2), 티탄산바륨(Barium titanate, BaTiO3), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate, BZT), 이산화지르코늄(Zirconium dioxide, ZrO2), 산화란탄륨(Lanthanum oxide, La2O3), 하프늄실리케이트(Hafnon, HfSiO4), 란타늄 알루미네이트(Lanthanum Aluminate, LaAlO3), 질화규소(Silicon nitride, Si3N4), Perovskite 물질로는, 스트론튬 티타네이트(Strontium titanate, SrTiO3), 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate, BST), 티탄산 지르콘산 연(Lead zirconate titanate, PZT), 티탄산칼슘구리(Calcium copper titanate,CCTO), 산화하프늄(HfO2), 아파타이트(A10(MO4)6(X)2), 수산화인회석(Ca10(PO4)6(OH)2), 인산3칼슘(Ca3(PO42)), Na2O-CaO-SiO2, 또는 바이오글라스(CaO-SiO2-P2O5) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한 무기물층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1전극기판과 상기 제2전극기판 사이에 배치된 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논 또는 라돈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 비전도성 가스;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1전극기판은 상기 오목부를 복수로 가지고, 상기 제2전극기판은 상기 볼록부를 복수로 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 에너지 전환층은 액체와의 접촉면적을 넓히기 위한 구조물이 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1전극기판 또는 상기 제2전극기판은 전극을 포함하며, 상기 전극은 ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 페돗(PEDOT, polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube), 그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1전극기판 또는 상기 제2전극기판 중 적어도 어느 하나는 금속 기판, 유리 기판, 세라믹 기판 또는 고분자 소재의 기판이며, 상기 고분자 소재의 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PolyethyleneNaphthalate, PEN), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 또는 고분자복합재료(fiber reinforced plastics, FRP) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 플라스틱 기판 또는 필름이고, 상기 세라믹 기판은 알루미나(Al2O3), 베릴리아(BeO), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소, 멀라이트 또는 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세라믹 재료를 이용한 기판인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1전극기판과 상기 제2전극기판 사이를 지지하며, 상기 외부의 물리력이 제거되면 원래의 형태로 복원되는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 연결부는 직사각형, 삼각형, 역삼각형, 원형, 타원형 또는 원기둥형 중 적어도 어느 하나의 모양을 가지고, 상기 에너지 전환 장치는 어레이 형태로 연결될 수 있도록 상기 연결부에 의하여 삼각형태, 사각형태, 오각형태, 육각형태, 원형태, 격자형태 또는 벌집형태인 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 한쌍의 전극사이에서 액체와의 접촉면을 변화시키고, 그에 따른 액체와의 접촉면 변화를 전기에너지 생성에 활용하여, 채널 막힘현상이나 윤활층, 혹은 채널상에 복잡하게 패터닝된 전극들을 필요로 하지 않도록 함으로써 장치의 단순화, 제조원가 절감과 함께 고장이 적은 에너지 전환장치를 구현한다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별도의 외부 전원인가 없이도 효율적인 전기에너지 전환이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 이온성 액체 또는 물을 사용함에 따라 인체 및 환경에 유해한 문제점을 해결한 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 플렉서블 소자 구현이 가능하도록 하고, 소자의 구조를 간단하게 하여 대면적 적용이 용이하도록 한 장점이 있다.
도 1은 종래의 액체를 이용한 에너지 전환 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 전환 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 전환 장치의 에너지 전환층를 상세히 나타낸 블록도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치의 에너지 전환층의 실시예를 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치의 구조도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체를 이용한 에너지 전환 장치의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체를 이용한 에너지 전환 장치는 이온성 액체 또는 물(260)이 저장된 오목부를 가진 제1전극기판(210); 및 제1전극기판(210)에 대향하고, 상기 오목부에 상응하는 볼록부를 가진 제2전극기판(220)을 포함한다.
또한, 제1전극기판(210)과 제2전극기판 사이의 간격은 외부의 물리력에 의하여 변화하고, 이온성 액체 또는 물(260)간격에 닿는 상기 제2전극기판(220)의 면은 상기 변화에 따라 전기에너지를 발생하도록 하는 에너지 전환층(230, 240)을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체를 이용한 에너지 전환 장치는 에너지 전환층에서 이온성 액체 또는 물(260)과의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 중 적어도 하나의 변화에 따라 제1전극기판(210)과 제2전극기판(220)에 포함된 전극의 전기용량이 변화되어 전기에너지가 발생한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 전환 장치의 에너지 전환층를 상세히 나타낸 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 전환 장치는 제1전극기판(210) 또는 제2전극기판(220)은 이온성 액체 또는 물(260)과 닿거나 닿을 수 있는 면에 전극(211, 221)이 형성되고, 상기 전극(221) 상에 무기물층(230), 유기물층(240) 및 소수성물질층(250)이 차례로 적층된다.
즉, 에너지 전환층이 형성된 제1전극기판(210)과 제2전극기판(220)에 이온성 액체 또는 물(260)이 기판 간격변화에 따라 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 중 적어도 하나가 변화하고, 이 변화를 통해 전기에너지가 발생한다.
에너지 전환층은 이온성 액체 또는 물(260)과의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 중 적어도 하나가 변화하는 면에, 즉 제2전극기판(220) 상에 이온성 액체 또는 물(260)에 잠길 수 있는 면에 형성된다. 도 3에서는 하부면에 형성된 예시만 도시되고 있으나, 측면부에 형성될 수도 있고, 하부면과 측면부를 모두 둘러쌓도록 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 에너지 전환층은 무기물층(230), 유기물층(240) 또는 유기물과 무기물의 혼합물층 중 적어도 하나의 층을 포함하도록 구성된다. 바람직하게는, 이러한 에너지 전환층의 형성은 패터닝이나 증착, 또는 스핀코팅과 같은 방법이 이용될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 에너지 전환층은 무기물층(230)과 유기물층(240)이 차례로 적층된다. 무기물층(230)과 유기물층(240)은 제1전극기판(210) 또는 제2전극기판(220) 상에 적층됨에 순서는 상관없으나, 인접하여 적층되어야 한다.
바람직하게는, 무기물층(230)과 유기물층(240)은 제1전극기판(210) 또는 제2전극기판(220) 상에 적층될 때 반복 중첩될 수 있다. 즉, 에너지 전환층은 무기물층(230)과 유기물층(240)의 적층 형태가 반복적으로 이루어져서 형성될 수 있다.
바람직하게는, 무기물층(230) 또는 유기물층(240)은 상기 이온성 액체 또는 물(260)과의 접촉면적을 넓히기 위한 구조물이 형성되도록 증착된다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치의 에너지 전환층의 실시예를 나타낸 측면도이다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치의 에너지 전환층은 제2전극기판(410)에 포함된 전극(420) 상에 무기물층(430)이 증착된다. 유기물층(440)은 무기물층(430) 상에 요철 형상(도 4a), 뾰족 돌기 형상(도 4b), 반구 형상(도 4c), 구혈 형상(도 4d)인 미세구조물이 형성되도록 적층된다. 바람직하게는, 유기물층(440)과 무기물층(430)의 순서가 바뀌어도 되며, 구조물이 형성되도록 적층되는 것이 반드시 유기물층(440)이어야 하는 것은 아니다.
바람직하게는, 구조물이 형성되도록 적층된 유기물층(440) 상에 상기 구조물 형상이 유지되도록 소수성 물질층(450)이 적층된다.
이러한 구조물 형상은 전극기판들과 이온성 액체 또는 물의 접촉면적 변화가 보다 커지도록 하여 전기에너지 발생효율을 높이는 효과가 있다.
다시 도 3을 참조하면, 바람직하게는, 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치가 복수로 어레이 형태로 연결된다. 앞서 설명한 바와 같이, 전극기판들과 이온성 액체 또는 물의 접촉면적 변화가 보다 커지도록 하여 전기에너지 발생효율을 높이기 위함이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 소수성 물질층(250)은 에너지 전환층(230, 240) 상에 이온성 액체 또는 물(260)이 전극기판들(210, 220)과의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 중 적어도 하나의 변화가 용이하게 되도록 적층된다.
바람직하게는, 소수성 물질층(250)은 에너지 전환층이 형성되지 않은 제1전극기판(210) 또는 제2전극기판(220) 상에 적층될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 에너지 전환층은 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리4비닐페놀(poly(4-vinylpenol, PVP)) 또는 폴리이서술폰(polyethersulfone, PES) 폴리(4-메톡시페닐아크릴레이트) (Poly(4-methoxyphenylacrylate); PMPA), 폴리(페닐아크릴레이트) (Poly(phenylacrylate); PPA), 폴리(2,2,2-트리플로로에틸 메타아크릴레이트) (Poly(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate); PTFMA), 사이아노에틸풀루란 (Cyanoethylpullulan; CYEPL), 폴리염화비닐 (polyvinyl chloride; PVC), 폴리(파라반사) 수지 (Poly (parabanic acid) resin; PPA), 폴리(t-부틸스티렌) (Poly(t-butylstyrene); PTBS), 폴리티에닐렌비닐렌 (Polythienylenevinylene; PTV), 폴리비닐아세테이트 (Polyvinylacetate; PVA), 폴리(비닐 알코올) (Poly(vinyl alcohol); PVA), 폴리(R메틸스티렌) (Poly(Rmethylstyrene); PAMS), 폴리(비닐 알코올)-코-폴리(비닐 아세테이트)-코-폴리(이타콘산) (Poly(vinyl alcohol)-co-poly(vinyl acetate)-co-poly(itaconic acid); PVAIA), 폴리올레핀 (Polyolefin), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 파릴렌-C (Parylene-C), 폴리이미드 (Polyimide), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane; OTS), 폴리(트리아릴아민) (Poly(triarylamine); PTTA), 폴리-3-헥실티오펜 (Poly-3-hexylthiophene; P3HT), 가교 결합된 폴리-4-비닐페놀 (cross-linked Poly-4-vinylphenol; cross-linked PVP), 폴리(퍼플로로알케닐비닐 에테르) (Poly(perfluoroalkenylvinyl ether)), 나일론-6 (Nylon-6), n-옥타데실포스포닉 산 (n-Octadecylphosphonic acid; ODPA), 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 실리콘(silicone), 폴리우레탄(polyurethane), 라텍스(latex), 초산셀룰로오스(cellulose acetate), PHEMA(poly(hydroxy ethyl methacrylate)), 폴리락타이드(polylactide, PLA), PGA(폴리글리콜라이드, polyglycolide), 또는 PGLA (Polyglycolide-co-Lactide ) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한유기물층(240); 및 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3),탄탈(Ta2O5), 오산화 탄탈럼(Tantalum Pentoxide), 산화아연(Zinc oxide, ZnO), 산화탄탈륨(Tantalum pentoxide, Ta2O5), 산화이트륨(Yttrium oxide, Y2O3), 산화세륨(Cerium oxide, CeO2), 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO2), 티탄산바륨(Barium titanate, BaTiO3), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate, BZT), 이산화지르코늄(Zirconium dioxide, ZrO2), 산화란탄륨(Lanthanum oxide, La2O3), 하프늄실리케이트(Hafnon, HfSiO4), 란타늄 알루미네이트(Lanthanum Aluminate, LaAlO3), 질화규소(Silicon nitride, Si3N4), Perovskite 물질로는, 스트론튬 티타네이트(Strontium titanate, SrTiO3), 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate, BST), 티탄산 지르콘산 연(Lead zirconate titanate, PZT), 티탄산칼슘구리(Calcium copper titanate,CCTO), 산화하프늄(HfO2), 아파타이트(A10(MO4)6(X)2), 수산화인회석(Ca10(PO4)6(OH)2), 인산3칼슘(Ca3(PO42)), Na2O-CaO-SiO2, 또는 바이오글라스(CaO-SiO2-P2O5) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한 무기물층(230)을 포함하도록 구성된다.
바람직하게는, 유기물층(240)은 유전상수(dielectric constant, K)가 4이하의 물질이 사용될 수 있고, 무기물층(230)은 유전상수(dielectric constant, K)가 5이상의 물질이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 소수성 물질층(250)은 실란(silane)계 물질, 플루오르중합체(fluoropolymer) 물질, 트리클로로실란(Trichlorosilane), 트리에톡시실란(Trimethoxysilane), 펜타플루오르페닐프로필트리클로로실란(Pentafluorophenylpropyltrichlorosilane), (벤질옥시)알킬트리메톡시실란 ((benzyloxy)alkyltrimethoxysilane; BSM-22), (벤질옥시)알킬트리클로로실란 ((benzyloxy)alkyltrichlorosilane; BTS), 헥사메틸디실라잔 (hexamethyldisilazane; HMDS), 옥타데실트리클로로실란 (octadecyltrichlorosilane; OTS), 옥타데실트리메톡시실란 (octadecyltrimethoxysilane; OTMS), 디비닐테트라메틸디실록산-비스-(벤조시클로부텐) (divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene); BCB) 중 적어도 어느 하나의 물질 또는 이들 물질의 혼합물로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제2전극기판(220) 또는 제1전극기판(210)에 사용되는 전극은 ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 페돗(PEDOT, polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube), 그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극이다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제2전극기판(220) 또는 제1전극기판(210)은 금속 기판, 유리 기판 또는 고분자 소재의 기판이다. 여기서 고분자 소재의 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PolyethyleneNaphthalate, PEN), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 또는 고분자복합재료(fiber reinforced plastics, FRP) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 플라스틱 기판 또는 필름이다. 또한, 상기 세라믹 기판은 알루미나(Al2O3), 베릴리아(BeO), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소, 멀라이트 또는 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세라믹 재료를 이용한 기판이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 이온성 액체(260)는 NaCl, LiCl, NaNo3, Na2SiO3, AlCl3-NaCl, LiCl-KCl, KCL, Na,NaOH H2SO4, CH3COOH, HF, CuSO4, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 또는 AgCl 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1전극기판(210)과 제2전극기판(220) 사이의 공간은 비전도성 가스로 채워지도록 구성된다. 일반적으로는 제1전극기판(210)과 제2전극기판(220) 사이의 공간은 일반 공기 환경으로도 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 비전도성 가스는 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논 또는 라돈 중 적어도 어느 하나로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 연결부(270)는 상기 제1전극기판과 상기 제2전극기판 사이를 지지한다. 또한, 연결부(270)는 외부의 물리적인 힘에 의하여 형태의 변화가 발생하고 외부의 물리력이 제거되면 원래의 형태로 되돌아오는 복원력 혹은 유연성을 가진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 연결부(270)는 직사각형, 삼각형, 역삼각형, 원형, 타원형 또는 원기둥형 중 적어도 어느 하나의 모양을 가진다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에너지 전환 장치는 연결부(270)에 의하여 어레이 형태로 연결될 수 있다. 즉, 상기 에너지 전환 장치는 연결부(270)에 의하여 삼각형태, 사각형태, 오각형태, 육각형태, 원형태, 격자형태 또는 벌집형태를 가진다.
또한, 바람직하게는, 연결부(270)의 모양은 직사각형, 삼각형, 역삼각형, 원형, 타원형, 원기둥형 이 될 수 있으며, 에너지 전환장치 단위셀, Cell(상판+하판+격벽+액체+가스)의 모양은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 원형, 격자형, 벌집형이 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체를 이용한 에너지 전환 장치의 구조도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체를 이용한 에너지 전환 장치는 전도성 액체(560)가 저장된 오목부를 가진 제1전극기판(510); 제1전극기판(510)에 대향하고, 상기 오목부에 상응하는 볼록부를 가진 제2전극기판(520); 및 상기 전극기판 사이의 간격변화를 가능하도록 탄성을 가지고 상기 전극기판을 연결하는 연결부(미도시);를 포함하도록 구성된다.
또한, 전도성 액체(560)에 닿는 상기 제1전극기판(510)의 면 또는 상기 제2전극기판(520)의 면 중 적어도 하나 이상에 형성되어, 상기 간격변화에 따라 전기에너지를 발생하도록 하는 에너지 전환층을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액체를 이용한 에너지 전환 장치는 에너지 전환층에서 전도성 액체(560)와의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 중 적어도 하나의 변화에 따라 제1전극기판(510)과 제2전극기판(520)에 포함된 전극의 전기용량이 변화되어 전기에너지가 발생한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 전도성 액체(660)는 수은, 리튬, 갈륨, 칼륨, NaK, 비스무트, 주석, 나트륨, 나트륨-칼륨 alloy 등이 사용될 수 있으며, 비저항범위가 1uΩ/cm 내지 1000uΩ/cm이며, 유전상수(dielectric constant, K)가 5이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 친수성 물질층(650)은 에너지 전환층(630, 640) 상에 전도성 액체(660)가 전극기판들(610, 620)과의 접촉면 변화가 용이하게 되도록 적층된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 친수성 물질층(650)은 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA), 아크릴아미드(Acrylamides), 말레산 무수물 공중합체(Maleic Anhydride Copolymers), 메타크릴레이트(Methacrylate), 에타크릴레이트(Ethacrylate), 아민 작용성 중합체(Amine-Functional Polymers), 아민-관능기를 갖는 중합체(Amine-Functional Polymers), 폴리스티렌설포네이트(Polystyrenesulfonate, PSS), 비닐산(Vinyl Acids), 비닐알코올(Vinyl Alcohols), -NH, -CO-, 아미노기, -NH2, 수산기, -OH, 카르복실기 및 -COOH, 중 적어도 어느 하나의 기능기를 포함하는 물질로 이루어진다.
이 외에, 전도성 액체를 이용하는 상기 실시예에 있어서, 제1전극기판(610) 또는 제2전극기판(620)을 구성하는 전극이나 기판의 소재, 무기물층(630), 유기물층(640)의 특징과 구조, 본 발명의 에너지 전환장치를 복수로 사용하는 것 등에 관련된 기술적 사항은 앞서 이온성 액체 또는 물을 사용한 실시예 혹은 도 2, 도 3 및 도 4a 내지 도 4b에서 설명된 내용에 따라 구성될 수 있어 자세한 내용은 생략한다.
본 발명은 앞서 살펴본 바와 같이 이종 액체를 두 종류 이상 사용하는 종래에 비하여 채널내 막힘현상, 섞임현상을 막을 수 있고, 윤활층(lubricating layer) 또한 필요하지 않게 된다.
또한, 종래의 기술은 전극 절연막의 구조를 1층의 자기집함 분자 단층(self assembly molecular monolayer)와 1층의 유전층(dielectric layer) 또는 그 이상의 절연층(non conductive layer) 또는 이들의 다양한 조합을 제한하고 있으나, 본 발명은 에너지 전환효율 최적을 위한 구조를 제안한다. 즉, 상부전극기판 또는 하부전극기판 중 액체와의 접촉면, 접촉각, 접촉면적 중 적어도 어느 하나가 변화하는 한쪽의 기판에 (적층 순서에 따라) 전극/무기물층/유기물층/(소수성물질층, 친수성물질층 중 액체의 종류에 따라 선택됨) 또는 전극/유기물층/무기물층/(소수성물질층, 친수성물질층 중 액체의 종류에 따라 선택됨)의 구성을 가지도록 하며, 상부전극기판 및 하부전극기판 모두에 (적층 순서에 따라) 전극/무기물층/유기물층/(소수성물질층, 친수성물질층 중 액체의 종류에 따라 선택됨) 또는 전극/유기물층/무기물층/(소수성물질층, 친수성물질층 중 액체의 종류에 따라 선택됨)의 구성을 가지도록 변경될 수 있다.
그리고, 종래의 기술은 전도성 액체를 이용함에 있어서 분극을 위한 외부전원 인가를 필요로 하였으나, 본 발명은 에너지 전환층이 이온성 액체를 분극하는 역할을 수행하여 외부전원 인가가 불요하다.
또한, 본 발명은 특히 차로 및 인도용 에너지 전환장치에서 그 이용가능성이 매우 높으며, 물 또는 이온성 액체를 가둘 수 있는 형태의 하부장치와 상부장치와 하부장치 사이에는 탄성체를 위치시켜, 외부에서 물리적인 힘이 가해졌을 때 상부장치의 일부가 하부장치의 액체에 접촉하면서 접촉각과 접촉면적 변화를 가져오고, 이로 인해 기계적 에너지가 전기에너지로 변환되는 결과를 가져올 수 있도록 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
(부호의 설명)
210 : 제1전극기판, 220 : 제2전극기판
230 : 무기물층, 240 : 유기물층
250 : 소수성물질층, 260 : 이온성 액체 또는 물
270 : 연결부

Claims (18)

  1. 이온성 액체 또는 물이 저장된 오목부를 가진 제1전극기판; 및
    상기 제1전극기판에 대향하고, 상기 오목부에 상응하는 볼록부를 가진 제2전극기판;을 포함하되,
    상기 전극기판간의 간격은 외부의 물리력에 의해 변화하고,
    상기 이온성 액체 또는 물에 닿는 상기 제2전극기판의 면은 상기 변화에 따라 전기에너지를 발생하도록 하는 에너지 전환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은 무기물층, 유기물층 또는 유기물과 무기물의 혼합물층 중 적어도 어느 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용한 에너지 전환 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 전환층 상에 간격변화에 따른 상기 이온성 액체 또는 물과의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 변화를 용이하도록 하기 위한 소수성 물질층이 적층되는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이온성 액체는 NaCl, LiCl, NaNo3, Na2SiO3, AlCl3-NaCl, LiCl-KCl, KCL, Na,NaOH H2SO4, CH3COOH, HF, CuSO4, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 또는 AgCl 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  5. 전도성 액체가 저장된 오목부를 가진 제1전극기판; 및
    상기 제1전극기판에 대향하고, 상기 오목부에 상응하는 볼록부를 가진 제2전극기판;을 포함하되,
    상기 전극기판간의 간격은 외부의 물리력에 의해 변화하고,
    상기 전도성 액체에 닿는 상기 제2전극기판의 면은 상기 변화에 따라 전기에너지를 발생하도록 하는 에너지 전환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은 무기물층, 유기물층 또는 유기물과 무기물의 혼합물층 중 적어도 어느 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용한 에너지 전환 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 전환층 상에 간격변화에 따른 상기 전도성 액체와의 접촉면, 접촉각 또는 접촉면적 변화를 용이하도록 하기 위한 친수성 물질층이 적층되는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 친수성 물질층은 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid), PAA), 아크릴아미드(Acrylamides), 말레산 무수물 공중합체(Maleic Anhydride Copolymers), 메타크릴레이트(Methacrylate), 에타크릴레이트(Ethacrylate), 아민 작용성 중합체(Amine-Functional Polymers), 아민-관능기를 갖는 중합체(Amine-Functional Polymers), 폴리스티렌설포네이트(Polystyrenesulfonate, PSS), 비닐산(Vinyl Acids), 비닐알코올(Vinyl Alcohols) 또는 -NH, -CO-, 아미노기 -NH2, 수산기 -OH 또는 카르복실시 -COOH 의 기능기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전도성 액체는 비저항범위가 1uΩ/cm 내지 1000uΩ/cm이며, 유전상수(dielectric constant, K)가 5이하인 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은,
    폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리4비닐페놀(poly(4-vinylpenol, PVP)) 또는 폴리이서술폰(polyethersulfone, PES) 폴리(4-메톡시페닐아크릴레이트) (Poly(4-methoxyphenylacrylate); PMPA), 폴리(페닐아크릴레이트) (Poly(phenylacrylate); PPA), 폴리(2,2,2-트리플로로에틸 메타아크릴레이트) (Poly(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate); PTFMA), 사이아노에틸풀루란 (Cyanoethylpullulan; CYEPL), 폴리염화비닐 (polyvinyl chloride; PVC), 폴리(파라반사) 수지 (Poly (parabanic acid) resin; PPA), 폴리(t-부틸스티렌) (Poly(t-butylstyrene); PTBS), 폴리티에닐렌비닐렌 (Polythienylenevinylene; PTV), 폴리비닐아세테이트 (Polyvinylacetate; PVA), 폴리(비닐 알코올) (Poly(vinyl alcohol); PVA), 폴리(R메틸스티렌) (Poly(Rmethylstyrene); PAMS), 폴리(비닐 알코올)-코-폴리(비닐 아세테이트)-코-폴리(이타콘산) (Poly(vinyl alcohol)-co-poly(vinyl acetate)-co-poly(itaconic acid); PVAIA), 폴리올레핀 (Polyolefin), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 파릴렌-C (Parylene-C), 폴리이미드 (Polyimide), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane; OTS), 폴리(트리아릴아민) (Poly(triarylamine); PTTA), 폴리-3-헥실티오펜 (Poly-3-hexylthiophene; P3HT), 가교 결합된 폴리-4-비닐페놀 (cross-linked Poly-4-vinylphenol; cross-linked PVP), 폴리(퍼플로로알케닐비닐 에테르) (Poly(perfluoroalkenylvinyl ether)), 나일론-6 (Nylon-6), n-옥타데실포스포닉 산 (n-Octadecylphosphonic acid; ODPA), 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 실리콘(silicone), 폴리우레탄(polyurethane), 라텍스(latex), 초산셀룰로오스(cellulose acetate), PHEMA(poly(hydroxy ethyl methacrylate)), 폴리락타이드(polylactide, PLA), PGA(폴리글리콜라이드, polyglycolide), 또는 PGLA (Polyglycolide-co-Lactide ) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 유기물층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은,
    산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3),탄탈(Ta2O5), 오산화 탄탈럼(Tantalum Pentoxide), 산화아연(Zinc oxide, ZnO), 산화탄탈륨(Tantalum pentoxide, Ta2O5), 산화이트륨(Yttrium oxide, Y2O3), 산화세륨(Cerium oxide, CeO2), 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO2), 티탄산바륨(Barium titanate, BaTiO3), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate, BZT), 이산화지르코늄(Zirconium dioxide, ZrO2), 산화란탄륨(Lanthanum oxide, La2O3), 하프늄실리케이트(Hafnon, HfSiO4), 란타늄 알루미네이트(Lanthanum Aluminate, LaAlO3), 질화규소(Silicon nitride, Si3N4), Perovskite 물질로는, 스트론튬 티타네이트(Strontium titanate, SrTiO3), 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate, BST), 티탄산 지르콘산 연(Lead zirconate titanate, PZT), 티탄산칼슘구리(Calcium copper titanate,CCTO), 산화하프늄(HfO2), 아파타이트(A10(MO4)6(X)2), 수산화인회석(Ca10(PO4)6(OH)2), 인산3칼슘(Ca3(PO42)), Na2O-CaO-SiO2, 또는 바이오글라스(CaO-SiO2-P2O5) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한 무기물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극기판과 상기 제2전극기판 사이에 배치된 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤, 크세논 또는 라돈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 비전도성 가스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극기판은 상기 오목부를 복수로 가지고,
    상기 제2전극기판은 상기 볼록부를 복수로 가지는 것
    을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 전환층은 액체와의 접촉면적을 넓히기 위한 구조물이 형성된 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극기판 또는 상기 제2전극기판은 전극을 포함하며,
    상기 전극은 ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 페돗(PEDOT, polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube), 그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극인 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  16. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극기판 또는 상기 제2전극기판 중 적어도 어느 하나는 금속 기판, 유리 기판, 세라믹 기판 또는 고분자 소재의 기판이며,
    상기 고분자 소재의 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PolyethyleneNaphthalate, PEN), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 또는 고분자복합재료(fiber reinforced plastics, FRP) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 플라스틱 기판 또는 필름이고,
    상기 세라믹 기판은 알루미나(Al2O3), 베릴리아(BeO), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소, 멀라이트 또는 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세라믹 재료를 이용한 기판인 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  17. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극기판과 상기 제2전극기판 사이를 지지하며, 상기 외부의 물리력이 제거되면 원래의 형태로 복원되는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연결부는 직사각형, 삼각형, 역삼각형, 원형, 타원형 또는 원기둥형 중 적어도 어느 하나의 모양을 가지고,
    상기 에너지 전환 장치는 어레이 형태로 연결될 수 있도록 상기 연결부에 의하여 삼각형태, 사각형태, 오각형태, 육각형태, 원형태, 격자형태 또는 벌집형태인 것을 특징으로 하는 액체를 이용하는 에너지 전환 장치.
PCT/KR2013/010818 2012-11-29 2013-11-27 액체를 이용한 에너지 전환 장치 WO2014084581A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13858306.7A EP2930359B1 (en) 2012-11-29 2013-11-27 Energy conversion device using liquid
JP2015545357A JP5956084B2 (ja) 2012-11-29 2013-11-27 液体を利用するエネルギー変換装置
US14/647,865 US9998034B2 (en) 2012-11-29 2013-11-27 Energy conversion device using liquid

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0136970 2012-11-29
KR1020120136970A KR101407489B1 (ko) 2012-11-29 2012-11-29 액체를 이용한 에너지 전환 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014084581A1 true WO2014084581A1 (ko) 2014-06-05

Family

ID=50828144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/010818 WO2014084581A1 (ko) 2012-11-29 2013-11-27 액체를 이용한 에너지 전환 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9998034B2 (ko)
EP (1) EP2930359B1 (ko)
JP (1) JP5956084B2 (ko)
KR (1) KR101407489B1 (ko)
WO (1) WO2014084581A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101358286B1 (ko) * 2012-11-26 2014-02-12 서울대학교산학협력단 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치
KR101435502B1 (ko) * 2012-11-29 2014-09-02 전자부품연구원 액체를 이용한 플렉서블 에너지 전환 장치
KR101988876B1 (ko) * 2014-07-15 2019-06-13 전자부품연구원 액체를 이용한 전극 적층 구조 에너지 전환 장치
WO2017156232A1 (en) * 2016-03-11 2017-09-14 Board Of Regents, The University Of Texas System Apparatus and method for nerve stimulation and/or monitoring
US10277147B2 (en) * 2016-06-09 2019-04-30 Wisconsin Alumni Research Foundation Triboelectric nanogenerators based on chemically treated cellulose
KR101810036B1 (ko) * 2016-07-29 2017-12-19 서울대학교산학협력단 액체를 이용한 에너지 전환 장치
CN108616229B (zh) * 2018-04-24 2019-07-12 清华大学 一种湿度发电器件的制造方法和一种湿度发电器件
US10868479B2 (en) * 2018-10-04 2020-12-15 Stmicroelectronics S.R.L. Inverse electrowetting and magnetic energy harvesting and scavenging methods, circuits and systems
KR102195506B1 (ko) * 2018-12-14 2020-12-28 서울대학교산학협력단 중금속 이온탐지 센서 및 이를 이용한 중금속 이온탐지 방법
CN111450906B (zh) * 2019-01-22 2022-02-25 北京纳米能源与***研究所 自驱动型电润湿阀门、纸基微流体芯片及免疫检测器件
WO2021107909A1 (ru) * 2019-11-26 2021-06-03 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" ХЕМОЭЛЕКТРОННЫЙ КОНВЕРТЕР НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ ZrО2 - З%мол Y2О3
CN112803825B (zh) * 2021-01-06 2022-03-29 清华大学 减小摩擦纳米发电机磨损的方法和装置
CN113037128B (zh) * 2021-03-11 2022-04-19 中国科学院理化技术研究所 热声驱动液体摩擦发电机
CN113097480B (zh) * 2021-03-23 2022-04-05 五邑大学 一种羰基聚合物及其合成方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7898096B1 (en) 2007-08-22 2011-03-01 Thomas Nikita Krupenkin Method and apparatus for energy harvesting using microfluidics
JP2011507479A (ja) * 2007-12-21 2011-03-03 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 液状電極を有するエネルギー回復装置
JP2012110178A (ja) * 2010-11-19 2012-06-07 Seiko Epson Corp 発電装置及び電子機器

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000220610A (ja) 1999-02-02 2000-08-08 Shingijutsu Management:Kk 流体の流動性制御方法、流動性制御装置および植毛バルブ機構
JP2005039995A (ja) * 2003-06-26 2005-02-10 Eamex Co 可撓性素子及びその用途
US7880565B2 (en) * 2005-08-03 2011-02-01 Kolo Technologies, Inc. Micro-electro-mechanical transducer having a surface plate
CN101395523B (zh) * 2006-03-03 2010-11-03 拉瓦尔大学 用于空间调制的电场的生成以及使用液晶的电光调谐的方法和设备
KR101562060B1 (ko) * 2009-04-06 2015-10-21 삼성전자주식회사 전기 에너지 발생 장치 및 그 제조 방법
EP2239793A1 (de) * 2009-04-11 2010-10-13 Bayer MaterialScience AG Elektrisch schaltbarer Polymerfilmaufbau und dessen Verwendung
JP5578810B2 (ja) * 2009-06-19 2014-08-27 キヤノン株式会社 静電容量型の電気機械変換装置
KR101095024B1 (ko) * 2010-04-27 2011-12-20 한국과학기술연구원 고분자 복합체 액츄에이터
EP2400573A1 (de) * 2010-06-23 2011-12-28 Bayer MaterialScience AG Elektromechanischer Wandler, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben
JP5893352B2 (ja) * 2011-11-14 2016-03-23 キヤノン株式会社 電気機械変換装置
US9812993B2 (en) * 2012-09-21 2017-11-07 Georgia Tech Research Corporation Single electrode triboelectric generator
US9595894B2 (en) * 2012-09-21 2017-03-14 Georgia Tech Research Corporation Triboelectric nanogenerator for powering portable electronics
KR101358291B1 (ko) * 2012-10-31 2014-02-12 서울대학교산학협력단 액체의 접촉각 및 접촉면적의 변화를 이용한 에너지 전환 장치
CA2922237A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-22 Leap Technology Aps A garment having transducer capabilities
FR2998737B1 (fr) * 2012-11-26 2015-01-02 Silmach Dispositif d'actionnement avec element d'entrainement actionne par reptation
KR101358286B1 (ko) * 2012-11-26 2014-02-12 서울대학교산학협력단 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치
JP2014184536A (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 Toshiba Corp 電気部品およびその製造方法
JP6234073B2 (ja) * 2013-06-07 2017-11-22 キヤノン株式会社 静電容量型トランスデューサの駆動装置、及び被検体情報取得装置
US9837933B2 (en) * 2013-06-28 2017-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Energy harvester using mass and mobile device including the energy harvester
KR101445052B1 (ko) * 2014-01-09 2014-09-26 성균관대학교산학협력단 3차원 뿔 형태의 정전기 에너지 발전 소자
JP6447989B2 (ja) * 2014-03-31 2019-01-09 国立大学法人信州大学 機械刺激応答素子
DE102014225934B4 (de) * 2014-12-15 2017-08-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrostatisch auslenkbares mikromechanisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7898096B1 (en) 2007-08-22 2011-03-01 Thomas Nikita Krupenkin Method and apparatus for energy harvesting using microfluidics
JP2011507479A (ja) * 2007-12-21 2011-03-03 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 液状電極を有するエネルギー回復装置
JP2012110178A (ja) * 2010-11-19 2012-06-07 Seiko Epson Corp 発電装置及び電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
EP2930359B1 (en) 2021-04-28
JP5956084B2 (ja) 2016-07-20
EP2930359A1 (en) 2015-10-14
KR101407489B1 (ko) 2014-06-13
KR20140069565A (ko) 2014-06-10
US9998034B2 (en) 2018-06-12
EP2930359A4 (en) 2017-01-18
US20150303831A1 (en) 2015-10-22
JP2016500249A (ja) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014084581A1 (ko) 액체를 이용한 에너지 전환 장치
WO2014081256A1 (ko) 액체와의 접촉면 변화를 이용한 에너지 전환 장치
WO2014069894A1 (ko) 액체의 접촉각 및 접촉면적의 변화를 이용한 에너지 전환 장치
WO2014098485A1 (ko) 액체를 이용한 에너지 전환 기판
WO2014084580A1 (ko) 액체를 이용한 플렉서블 에너지 전환 장치
KR101411337B1 (ko) 적층구조를 가지는 액체를 이용한 에너지 전환 장치
WO2014084582A1 (ko) 액체를 이용한 회전형 에너지 전환 장치
WO2014193182A1 (ko) 마찰전기 발생장치
WO2016010263A1 (ko) 액체를 이용한 전극 적층 구조 에너지 전환 장치
WO2016085029A1 (ko) 롤대롤 그라비아 인쇄기반 박막트랜지스터 제조방법, 박막트랜지스터 백플랜 제조방법, 백플랜 압력센서 및 스마트 장판의 제조방법
KR101403017B1 (ko) 관통홀을 가지는 액체를 이용한 에너지 전환 장치
CN112216786B (zh) 一种柔性压电高分子微机械能采集器及其制备方法
Marette et al. Full integration of a dielectric elastomer actuator with a flexible 1 kV thin-film transistor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13858306

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015545357

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14647865

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013858306

Country of ref document: EP