클럼플드 대전볼을 이용한 마찰대전 나노발전기 및 그 작동방법

폐알루미늄 호일 구김볼 대전체 기반 고출력 마찰대전 나노발전기

본 기술은 원통형 하우징 내부에 PTFE 전하유도층과 상·하부 전극을 두고, 버려진 알루미늄 호일을 구겨 만든 대전볼이 외력에 따라 상하로 움직이며 정전기 방전 출력을 내는 마찰대전 나노발전기와 그 제조·작동방법입니다.

알루미늄 호일은 사용량이 많지만 찢어지고 오염된 상태로 버려져 재활용이 어렵고 대부분 매립·소각되어 환경에 악영향을 주는 문제가 있었습니다. 기존 판 대 판 방식 마찰대전 나노발전기는 출력이 재료 표면 상태에 크게 좌우되어 변형·오염된 재활용 호일을 쓰기 어려운 한계가 존재했습니다.

본 기술은 양전하로 대전된 구김볼이 전극에 근접할 때 공기 절연파괴로 생기는 전자사태를 이용해 높은 피크 전압, 전류, 전력을 얻습니다. 구김볼은 금속볼보다 가볍고 소음이 적으며 표면이 오염된 폐호일을 써도 출력이 유지됩니다. 웨어러블 기기와 IoT 센서용 자가발전 전원에 적용될 수 있어 폐기물 재활용과 친환경 전력 수확을 동시에 이룰 수 있습니다.

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Key Features:

• 내부공간을 갖는 원통형 실린더 하우징, 내부 측면의 PTFE 전하유도층, 상부기판 하면의 상부전극과 하부기판 상면의 하부전극을 포함하는 마찰대전 나노발전기
• 버려진 알루미늄 호일을 구겨 만든 7~9개의 클럼플드 대전볼이 외력에 의해 하우징 내부에서 상하로 유동하는 구조
• 양전하 대전볼이 전극에 접촉되기 직전 공기파괴 임계치 이상의 전기장으로 전자사태와 전도성 채널을 형성하여 방전 출력을 내는 구성
• 실린더 내경과 높이의 길이비 1:1.8~2.3, 내경과 클럼플드 볼 직경의 길이비 5:2.5~3.5로 설계된 하우징

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본 발명은 과학기술정보통신부의 분극전하 축적/방전 기반 실효출력 와트급 고효율 마찰대전 소자 개발 및 수소 생산 시스템 응용 지원을 통해 개발되었습니다.

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