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자동조절 정류기를 이용한 압전기 에너지 수확

전문가 제언: ○ 압전기 에너지 수확기술은 다양한 주변의 에너지원 즉, 바람, 유체의 흐름, 진동 등 주위의 환경에너지를 전기에너지로 변환하고 이를 충전기나 재충전 가능한 전지에 저장하는 일련의 과정을 통해 전자장치의 전원으로 사용하는 기술을 말한다. 최근의 자율 모니터링센서 노드와 스마트환경 분야에 대한 높아진 관심으로 외부로부터 전원공급이 필요 없는 소형의 자율 무선장치에 대한 관심이 확대되고 있고 이러한 분야에서 압전기 에너지 수확기술에 대한 수요가 급증하고 있다.

○ 압전소자는 물체에 압력을 가하면 편극이 생겨 전기를 발생시키는 물질이다. 압전물질로부터의 고효율 에너지 수확을 위해서는 압전소자에 의해 생성된 전류의 극성이 바뀌어도 방전되지 않고 정류되어 콘덴서에 저장되게 하는 것이다. 이 연구는 인덕터를 사용하지 않고 PD에서 생산되는 양단전압을 비교하는 비교기와 다이오드로 자동적으로 충전 방전과정을 조절함으로서 전파장 정류기보다 3.9배의 에너지 수확효율을 달성함으로서 지금까지 발표된 정류기 중에서 가장 우수한 결과를 보여준다.

○ 국내에서도 압전기를 위한 에너지 수확에 대한 연구가 대학과 연구소에서 활발하게 진행되고 있다. 저전력 압전발전기에 대한 연구를 중앙대(김혜중)에서, 압전기 수확(동국대, 김형수), 자동파워 정류기(KAIST, 이상국), 철도하중 교량진동(창원대, 전효익)의 연구보고 등이 주목된다. 특히 KAIST 이상국 교수의 연구결과는 이 논문의 주요 참고자료로 활용되고 비교되었다.

○ 이 연구와 KAIST의 연구 모두 효율적인 피조전기 에너지 수확을 위한 정류기 구성에 연구의 초점이 모아졌다. 전파정류기에 대한 에너지 수확 효과가 본 연구는 3.9배, KAIST 연구결과는 각각 3.4배, 3.5배 이었다. 본 연구는 디바이스 구성이 분산방식인 반면 KAIST는 CMOS공정으로 의 초소형 디바이스로 제작되어 보다 안정적으로 운용될 수 있다는 이점을 가지고 있다. 따라서 고효율 압전기 에너지 수확장치가 국내 연구진에 의하여 조속히 실용화되기 기대한다.

저자: Shaohua Lu and Farid Boussaid
자료유형: 니즈학술정보