[스크랩] 웨어러블 전자기기 배터리 걱정? 이젠 끝!

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웨어러블 전자기기 배터리 걱정 끝
KAIST 연구진, 입을 수 있는 전원발생 소자 개발

-체열로부터 전기를 생산해내는 유연 열전소자 제작 기술 개발- 

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한국과학기술원(KAIST) 연구진이 웨어러블 전자기기(wearable electronics)의 전력공급원으로 사용될 수 있는 “입을 수 있는 열전소자”를 개발했습니다!

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    ※ 열전소자 : 열에너지를 전기에너지로 전환해주는 소자
    ※ 웨어러블 전자기기 : 인체 착용이 가능한 전자기기

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기존의 상용 열전소자는 세라믹 기판을 이용하여 단단하고 휘어지지 않으며, 무게가 무겁고, 낮은 에너지 효율로 인해 웨어러블 전자기기에 활용하기에는 부족한 면이 있었는데요, 이번에 개발된 열전소자는 유리섬유를 이용함에 따라 의류형태의 자유로운 가공이 가능하고, 무게가 가볍고, 전력생산 효율도 높아서 같은 무게의 기존 세라믹 기판 소자에 비해 14배 정도의 전력생산 능력을 가지고 있습니다.

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이번에 개발된 열전소자를 팔에 두를 수 있는 가로 세로 각 10 cm 의 밴드 형태로 제작한다면, 외부 기온이 20oC 일 때(체온과 약 17oC 차이가 있는 경우)는 약 40 mW의 전력이 생산되므로 웬만한 반도체 칩들을 다 구동할 수 있으며, 상의 전체에 해당하는 면적 (50 cm x 100 cm)로 제작하여 입으면, 약 2W 의 전력이 생산되어 핸드폰 사용이 가능하다고 합니다.

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한편, 이번 연구는 ‘10년부터 미래창조과학부가 지원하고 있는 기반형융합연구사업의 일환으로 한국과학기술원 조병진 교수팀이 수행한 연구의 결과로서, 본 연구결과는 에너지 환경분야의 최고 권위지인 ‘Energy & Environmental Science'지에 온라인 속보(’14.3.14)로 게재되었습니다. 

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   ※ 게재 논문명 : Wearable Thermoelectric Generator Fabricated on Glass Fabric

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웨어러블 전자기기는 2014 CES와 Davos 경제 포럼에서 가장 중요한 키워드로 대두되었으며, 구글, 모토로라, 삼성, LG전자 등 유수의 회사들이 웨어러블 기기 개발에 열을 올리고 있습니다. 반면, 웨어러블 전자기기 상용화에 가장 큰 걸림돌이 되는 것이 전력공급 문제였습니다. 전자기기 작동을 위해 배터리를 자주 교체 하거나 크고 무거운 배터리를 가지고 다녀야하기 때문이죠. 그러나, 이번에 개발된 열전소자를 이용하면 인체에서 발생하는 열을 이용하여 전력을 생산함으로써 배터리 걱정 없이 반영구적으로 웨어러블 전자기기를 이용할 수 있습니다.

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또한, 기존 상용소자와는 달리 대면적 소자제작이 쉬워 대량생산에 큰 장점이 있어 웨어러블 전자기기의 핵심 전력공급원으로 널리 사용될 가능성이 매우 높으며, 웨어러블 전자기기 뿐만 아니라 자동차, 공장, 항공기, 선박 등 폐열이 발생하는 다양한 곳에 적용할 수 있어 에너지 문제를 해결하는 수단으로써 열전소자의 가능성을 한 단계 더 높이게 되었다고 볼 수 있습니다.

 

 

그림 1. 스크린프린팅 기술로 제작된 유연 열전소자
(a) 유리섬유상에 스크린프린팅 공정기법을 이용하여 열전후막을 형성.
(b) 금속전극 전사기술을 이용하여 초경량 고출력 유연 열전소자 제작.
(c) 밴드 타입으로 제작된 유리섬유 기반 열전소자를 인체에 적용하여 전기에너지 발생 검증.

 

 

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그림 2. 입을 수 있는 열전소자 제작 공정의 대략적 모식도
(a) 상·하기판위 구리(Cu)전극형성. (b) 유리섬유 위 열전후막형성.

(c) Ag paste를 이용하여 상·하기판 및 열전후막 접합.

(d) PDMS를 이용한 소자 페시베이션(passivation) 및 건조과정. (e) 상·하기판 제거. (f) 니켈(Ni) 제거. 

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출처 : 미래창조과학부

글쓴이 : 미래창조과학부 원글보기

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