활용방안

마찰전기 효과과 정전기유도(Electrostatic induction) 현상을 기반으로 에너지를 수확하는 TENG은 크게 두 분류로 활용할 수 있다. 첫째는 다양한 기계에너지에 서 전기에너지를 수확하는 것이며, 다른 활용은 별도의 외부 전원 없이 마이크로 또는 나노전자 부품이나 휴대용 전자기기, 가정용 전기제품의 자가발전 시스템에 적용하는 것이다. 아래에는 TENG의 대표적인 활용방안에 대해서 설명하였다.

진동 에너지 수확(Harvesting vibration energy)

진동은 일상생활에서 걷기, 목소리, 엔진 진동, 자동차, 기차, 항공기, 바람과 같 이 많은 곳에서 가장 쉽게 접할 수 있는 현상 중 하나이다. 진동은 거의 모든 장 소와 시간에 존재하기 때문에 진동 에너지 수확은 그 가치가 크다. TENG은 일

상생활에서 다양한 조건 중에서도 특히 낮은 주파수에서 주변의 진동 에너지를 수확하기 위해 설계되었다. 따라서 TENG은 환경/인프라 모니터링, 휴대용 전자 제품 충전 등에 응용이 가능하다[19].

인체운동에너지 수확(Harvesting energy from human body motion) 일상적인 행동을 통해 인간의 몸에서 생성된 풍부한 기계적 에너지가 많이 있 기 때문에 휴대용 전자 기기 및 생물 의학 응용 프로그램을 충전하고자 마찰나 노 발전기를 부착하여 사용할 수 있다. 이는 사람들의 생활의 편리성을 크게 개 선하고 개인 전자 공학의 분야를 확장하는 데 도움이 될 것이며 또한 동물의 움 직임도 수확하여 다양한 곳에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

Figure 8. Harvesting energy from human body motion[20]

스마트 웨어러블 시스템(Smart Wearable Systems)

인체로부터 발생하는 운동 에너지는 발전소자를 통해 전기 에너지로 변환되고, 이는 다양한 스마트 웨어러블 시스템과 연결된 건강모니터링 시스템과 같은 휴 대용 전자 기기를 구동하는 데 활용될 수 있다. 나노 발전기는 신발, 안경, 시계

등에 적용되어 운동에너지가 많이 발생하는 곳에 부착되어 활용될 수 있다[21].

Figure 9. Smart Wearable Systems[22]

자가발전 센서(Self-powered sensors)

마찰 나노 발전기는 기계적인 힘이 가해지면 자동적으로 출력 전압 및 전류를 생성한다. 이는 TENG의 기본 원리를 활용하여 자체 전원 압력 센서로서 사용될 수 있으며 심지어 물방울에 의해서도 압력을 받아 출력 신호가 발생할 수 있다.

이와 관련하여 연구 보고된 TENG은 모든 종류의 외력에 대한 높은 감도 및 빠 른 응답을 가지고 있는 것을 확인하였다.[23]

마찰 나노 발전기에 관하여 양측에 전하 발생을 극대화하려면 전자를 끄는 능 력에 차이가 가장 큰 재료를 선택하고, 표면 형상을 변화시킴으로써 높은 값을 달성 수 있다. 이러한 경우에, TENG의 출력은 마찰 재료의 표면에 흡착 된 분 자의 종류 및 농도에 따라 달라지기 때문에 이를 응용하여 화학 센서들을 제조 할 수 있게 된다. 가까운 미래에는 다른 금속 이온과 생체 분자 DNA와 같은 단 백질에 대해 반응하는 자가발전 TENG 센서가 개발될 것으로 판단된다.[24]

Figure 10. Self-powered nanorobot using triboelectric nanogenerator[25]