This study analyzes the effects of the number of angles and bends on resistance in a conductor-embroidered stitch circuit for efficient power transfer through a conductor of wearable energy harvesting to study changes in power lost through connection with actual solar panels. In this study, the angle of the conductive stitch circuit was designed in units of 30°, from 30° to 180°, and the resistance was measured using an analog Discovery 2 device. The measured resistance value was analyzed, and in the section of the angle where the resistance value rapidly changes, it was measured again and analyzed in units of 5°. Following this, from the results of the analysis, the angle at which the tension was applied to the stitch converges was analyzed, and the resistance was measured again by varying the number of bends of the stitch at the given angle. The resistance decreases as the angle of the stitch decreases and the number of bends increases, and the conductor embroidery stitch can reduce the loss of power by 1.61 times relative to general embroidery. These results suggest that the stitching of embroidery has a significant effect on the power transfer in the transmission through the conductors of wearable energy harvesting. These results indicate the need for a follow-up study to develop a conductor circuit design technology that compares and analyzes various types of stitches, such as curved stitches, and the number of conductors, so that wearable energy harvesting can be more efficiently produced and stored.

Piezoelectric composite films which are enabled by inorganic piezoelectric nanomaterials-embedded polymer, have attracted enormous attention as a sustainable power source for low powered electronics, because of their ease of fabrication and flexible nature. However, the absorption of applied stress by the soft polymeric matrices is a major issue that must be solved to expand the fields of piezoelectric composite applications. Herein, a flexible and porous piezoelectric composite (piezoelectric sponge) comprised of BaTiO3 nanoparticles and polydimethylsiloxane was developed using template method to enhance the energy conversion efficiency by minimizing the stress that vanishes into the polymer matrix. In the porous structure, effective stress transfer can occur between the piezoelectric active materials in compression mode due to direct contact between the ceramic particles embedded in the pore-polymer interface. The piezoelectric sponge with 30 wt% of BaTiO3 particles generated an open-circuit voltage of ~12 V and a short-circuit current of ~150 nA. A finite element method-based simulation was conducted to theoretically back up that the piezoelectric output performance was effectively improved by introducing the sponge structure. Furthermore, to demonstrate the feasibility of pressure detecting applications using the BaTiO3 particles-embedded piezoelectric sponge, the composite was arranged in a 3 × 3 array and integrated into a single pressure sensor. The fabricated sensor array successfully detected the shape of the applied pressure. This work can provide a cost-effective, biocompatible, and structural strategy for realizing piezoelectric composite-based energy harvesters and self-powered sensors with improved energy conversion efficiency

본 연구의 목적은 형광직물과 재귀반사 소재만으로 제작, 보급되고 있는 현 안전의복에, 광섬유 적용으로 시인성을 높여 야간이나 기상악화 시 안전사고로부터 작업자나 보행자를 보호하는데 있다. 이를 위하여 LED를 촉매로 한 광섬유와, 에너지 하베스팅 기술을 적용하여 설계·제작한 안전조끼를 개발하였다. 안전조끼는 필름에 일체화된 자동 점멸 광섬유에 의해 빛을 방출하도록 설계되었고 이 조끼를 착용한 작업자의 움직임으로, 버려지는 에너지를 수확하 여 광섬유의 발광을 더 지속적으로 구동시키기 위해 에너지 하베스터를 제작하여 부착하였다. 그 결과, 첫째로 조끼 착용자의 신체는 광섬유(optical fiber)와 재귀반사 테이프를 통해 멀리서 인식 가능하도록 시인성이 높아져 사고예방에 도움이 된다. 즉 야간에 실시하는 도로변이나 고지대에서의 작업, 구조대원의 활동, 스포츠 활동 시 사고를 예방하거나, 비상상황이 발생할 경우 광섬유 발광을 변화시키는 신호로 사고 지점을 빨리 발견할 수 있어 인명구조에도 도움이 될 것이다. 둘째, 생활 속 버려지는 에너지를 활용하기 위하여 압전소자 발전 시스템을 개발하여 압전 에너지 하베스팅 장치를 탑재한 결과, 배터리부의 유효 충전량을 활성화하고 보조 충전을 함으로써 에너지를 소량일지라도 효율적으로 생산할 수 있었다. 동시에 안전조끼에 내장하여 제작함으로써 탈착이 용이하도록 하여 활용도를 높였다. 기존 안전 조끼의 경우 야간에 주변 조명이 없을 때는 조끼를 착용한 사람을 인식하는 것이 거의 불가능하지만, 본 연구에서는 안전조끼의 빛 신호로 주변 조명이 없을 때에도 100m 이내에서 착용자를 식별할 수 있었다. 또한 광섬유 적용 안전조끼는 측면에서의 시인성 향상뿐만 아니라 가볍고 (물)세탁이 가능하여 실용적 측면에서 현존하는 LED적용 안전의류보다 우수하다. 그러므로 본 연구에서 개발한, 광섬유와 에너지 하베스터를 장착한 안전조끼는 실용도가 높고 안전사고 발생 예방과 감소, 나아가 인명구조에 이바지할 것으로 추정된다.

물 공급은 늘어나는 담수 수요와 다르게 줄어들고 있다. 담수의 수요를 충당하기 위해서 나노여과법은 가장 효율 적이고 경제적인 방법이라고 할 수 있다. 해수담수화를 위한 나노여과법의 일반적인 방법으로는 나노여과 멤브레인을 이용한 역삼투압 방식이다. 하지만 기존의 멤브레인들은 주요 특성인 안정성, 경제성, 그리고 살균 및 방오특성이 부족하다. 기존의 나노여과 멤브레인을 향상시키기 위해서 친수성과 방오성이 높은 흑연 산화물이 가장 향상성이 높으며 널리 연구되고 있는 재료이다. 멤브레인 변형은 다른 레이어에 적용될 수 있다. 얇은 막으로 이루어진 멤브레인은 다른 세 레이어로 구성되어 있 다, 표면의 폴리아미드 레이어, 기공 레이어, 그리고 전체적인 구조를 구성하는 지원 직물이다. 정삼투압 토한 에너지 효율적 인 해수담수화 방식이지만 효율이 생물 오염 때문에 떨어진다. 산화그래핀 결합은 향균 기능을 향상할 수 있으며 멤브레인 표면에 바이오필름 생성을 억제할 수 있다. 압력지연삼투는 해수에서 청정에너지를 발전시키는 최고의 방법 중 하나이다. 멤 브레인의 생물 오염은 합성 폴리머 멤브레인의 합성 레이어에 산화 그래핀을 합성하여 줄일 수 있다. 나노여과 멤브레인을 개량하는 여러 연구가 각자의 장단점을 가지고 이루어지고 있다. 이 보고서는 나노여과 멤브레인의 개량, 성질, 그리고 성능 에 대해 논의한다.

Recently, interest in technology for eco-friendly energy harvesting has been increasing. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is one of the most fascinating materials that has been used in energy harvesting technology as well as micro-filters by utilizing an electrostatic effect. To enhance the performance of the electrostatic effect-based nanogenerator, most studies have focused on enlarging the contact surface area of the pair of materials with different triboelectric series. For this reason, one-dimensional nanofibers have been widely used recently. In order to realize practical energy-harvesting applications, PVDF nanofibers are modified by enlarging their contact surface area, modulating the microstructure of the surface, and maximizing the fraction of the β-phase by incorporating additives or forming composites with inorganic nanoparticles. Among them, nanocomposite structures incorporating various nanoparticles have been widely investigated to increase the β-phase through strong hydrogen bonding or ion-dipole interactions with -CF2/CH2- of PVDF as well as to enhance the mechanical strength. In this study, we report the recent advances in the nanocomposite structure of PVDF nanofibers and inorganic nanopowders.

A flexible piezoelectric energy harvester(f-PEH) that converts tiny mechanical and vibrational energy resources into electric signals without any restraints is drawing attention as a self-powered source to operate flexible electronic systems. In particular, the nanocomposites-based f-PEHs fabricated by a simple and low-cost spin-coating method show a mechanically stable and high output performance compared to only piezoelectric polymers or perovskite thin films. Here, the non-piezoelectric polymer matrix of the nanocomposite-based f-PEH is replaced by a P(VDF-TrFE) piezoelectric polymer to improve the output performance generated from the f-PEH. The piezoelectric hybrid nanocomposite is produced by distributing the perovskite PZT nanoparticles inside the piezoelectric elastomer; subsequently, the piezoelectric hybrid material is spin-coated onto a thin metal substrate to achieve a nanocomposite-based f-PEH. A fabricated energy device after a two-step poling process shows a maximum output voltage of 9.4 V and a current of 160 nA under repeated mechanical bending. Finite element analysis(FEA) simulation results support the experimental results.

본 연구의 목적은 첫째 마찰 시 직물의 면적을 증가시켜 에너지 수확의 효율을 높일 수 있는 입체 자수 기법 및 전도성 직물 재료를 탐색하고, 둘째 높은 효율을 보이는 입체 자수 기법을 토대로 브러싱 가공을 실시하여 가공 후의 발생 전압을 분석하며, 셋째 이를 근거로 마찰 에너지 수확 증대형 직물의 구조를 탐색하는 것이다. 이를 위해 다음의 두 가지 실험을 실시하였다. “실험 Ⅰ”에서는 인체로부터 마찰 에너지를 수확하는 효율에 영향을 미치는 직물 내 주요 변인으로, 1) 입체 자수 기법(사틴 기법, 파일 기법), 2) 전도성 직물 재료(구리 기반 MPF, 니켈 기반 MPF)를 선정하고, 이 두 변인들의 조합에 따른 4개의 시료를 제작하여 마찰 시 발생 전압의 차이를 비교 분석하였다. “실험 Ⅱ”에서는 높은 효율을 보이는 입체 자수 방식의 시료를 대상으로 브러싱 가공을 실시하여 가공 후의 발생 전압을 분석하였다. 그 결과, 두 전도성 직물 재료 모두에 있어서 파일 자수 직물 구조가 사틴 자수 직물 구조에 비해 높은 마찰 에너지 수확 효율을 보였고, 이러한 결과는 마찰 면적에 따른 전하 밀도와 발생 전압이 비례하는 마찰 에너지 수확의 원리와 일치하였다. 이를 통해 마찰 면적이 큰 파일 자수 직물 구조가 마찰 면적이 상대적으로 작은 사틴 자수 직물 구조에 비해 에너지 수확 효율을 증대시키는데 유리한 방식임을 알 수 있었다. 또한 브러싱 가공 후의 에너지 수확 효율도 마찰 면적 증대로 인해 가공 전에 비해 높게 나타나, 브러싱 가공 방식이 마찰 에너지 수확 증대에 있어서 유리한 가공 방식임을 알 수 있었다.

The purpose of this study is to illustrate the design of safety suits based on energy-harvesting technology, particularly targeting street cleaners who must work at night with high mobility. The design focuses on applying lightweight energyharvesting tools and illuminant into the wear. The design development reflects feedback from testers collected via survey constituting a key methodology. The development process has two main stages. Each stage uses a process of design prototyping, internal examination, test sampling, test wearing, and wearers’ feedback via survey that consists of questions on visibility, wearing convenience, and washability. The first stage results show the design of safety suits with energy-harvested LED illuminant inserted and the survey results collected from street cleaners dressed in 4 sample and 80 actual suits in total. Improved based on the first-stage survey results, the second stage designs the suits with detachable energy-harvested EL tape. From these 5 sample and 30 actual second-stage suits, the additional survey indicates that this second-stage design facilitates more visibility and convenience in washing and wearing than the first-stage design. Accordingly, one can expect that this new design can apply not only to safety suits for night workers but also to handicapped or outdoor sportswear applications in the future.

Recent developments in the field of energy harvesting technology that convert ambient energy resources into electricity enable the use of self-powered energy systems in wearable and portable electronic devices without the need for additional external power sources. In particular, piezoelectric-effect-based flexible energy harvesters have drawn much attention because they can guarantee power generation from ubiquitous mechanical and vibrational movements. In response to demand for sustainable, permanent, and remote use of real-life personal electronics, many research groups have investigated flexible piezoelectric energy harvesters (f-PEHs) that employ nanoscaled piezoelectric materials such as nanowires, nanoparticles, nanofibers, and nanotubes. In those attempts, they have proven the feasibility of energy harvesting from tiny periodic mechanical deformations and energy utilization of f-PEH in commercial electronic devices. This review paper provides a brief overview of f-PEH devices based on piezoelectric nanomaterials and summarizes the development history, output performance, and applications.

Membrane potential is based on the difference in electric potential between membrane that is induced by the concentration differences. This study focused on membrane synthesis for ultra-thin ion exchange membrane. Using those membranes, prototype concentration cell were produced. Interestingly, those concentration cells responds to all external changes, for example, vibration, bending, temperatures. We expect that the concentration cells could extract the useful energy from any type of low-degree energies.

PURPOSES : The piezoelectric energy road analysis technology using a three-dimensional finite element method was developed to investigate pavement behaviors when piezoelectric energy harvesters and a new polyurethane surface layer were installed in field conditions. The main purpose of this study is to predict the long-term performance of the piezoelectric energy road through the proposed analytical steps. METHODS: To predict the stresses and strains of the piezoelectric energy road, the developed energy harvesters were embedded into the polyurethane surface layer (50 mm from the top surface). The typical type of triaxial dump truck loading was applied to the top of each energy harvester. In this paper, a general purpose finite element analysis program called ABAQUS was used and it was assumed that a harvester is installed in the cross section of a typical asphalt pavement structure. RESULTS : The maximum tensile stress of the polyurethane surface layer in the initial fatigue model occurred up to 0.035 MPa in the transverse direction when the truck tire load was loaded on the top of each harvester. The maximum tensile stresses were 0.025 MPa in the intermediate fatigue model and 0.013 MPa in the final fatigue model, which were 72% and 37% lower than that of the initial stage model, respectively. CONCLUSIONS : The main critical damage locations can be estimated between the base layer and the surface layer. If the crack propagates, bottom-up cracking from the base layer is the main cracking pattern where the tensile stress is higher than in other locations. It is also considered that the possibility of cracking in the top-down direction at the edge of energy harvester is more likely to occur because the material strength of the energy harvester is much higher and plays a role in the supporting points. In terms of long-term performance, all tensile stresses in the energy harvester and polyurethane layer are less than 1% of the maximum tensile strength and the possibility of fatigue damage was very low. Since the harvester is embedded in the surface layer of the polyurethane, which has higher tensile strength and toughness, it can assure a good, long-term performance.

Electricity generation through fossil fuels has caused environmental pollution. To solve this problem, research on new renewable energy (solar, wind, geothermal heat, etc.) to replace fossil fuels is in progress. These devices are able to consistently generate power. However, they have many drawbacks, such as high installation costs and limitations in possible set-up environments. Thus, piezoelectric harvesting technology, which is able to overcome the limitations of existing energy technologies, is actively being studied. Piezoelectric harvesting technology uses the piezoelectric effect which occurs in crystals that generate voltage when stress is applied. Therefore, it has advantages such as a wider installation base and lower technological cost. In this study, a piezoelectric energy harvesting device based on constant wave motion was investigated. This device can regenerate electricity in a constant turbulent flow in the middle of the sea. The components of the device are circuitry, a steel bar, an bimorph piezoelectric element and buoyancy elements. In addition, a multiphysical analysis coupled with the structure and piezoelectric elements was conducted to estimate the performance of the device. With this piezoelectric energy harvesting device, the displacement and electric power were analyzed.

PURPOSES: An conventional method for electric power generation is converting thermal energy into mechanical energy then to electrical energy. Due to environmental issues such as global warming related with CO2 emission etc., were the limiting factor for the energy resources which resulting in extensive research and novel technologies are required to generate electric power. Thermal energy harvesting using thermoelectric generator is one of energy harvesting technologies due to diverse advantages for new green technology. This paper presents a possibility of application of the thermoelectric generator、s application in the direct exchange of waste solar energy into electrical power in road space. METHODS : To measure generated electric power of the thermoelectric generator, data logger was adopted as function of experimental factors such as using cooling sink, connection methods etc. Also, the thermoelectric generator、s behavior at low ambient temperature was investigated as measurement of output voltage vs. elapsed times. RESULTS: A few temperature difference between top an bottom of the thermoelectric generator is generated electric voltage. Components of an electrical circuit can be connected in various ways. The two simplest of these are called series and parallel and occur so open. Series shows slightly better performance in this study. An installation of cooling sink in the thermoelectric generator system was enhanced the output of power voltage. CONCLUSIONS : In this paper, a basic concepts of thermoelectric power generation is presented and applications of the thermoelectric generator to waste solar energy in road is estimated for green energy harvesting technology. The possibility of usage of thermoelectric technology for road facilities was found under the ambient thermal gradient between two surfaces of the thermoelectric module. An experiment results provide a testimony of the feasibility of the proposed environmental energy harvesting technology on the road facilities.

PURPOSES: This research is a basic study for application method in korea of energy harvesting technology, and it is a research to find out the direction of architectural planning through analyzing cases of interseasonal heat transfer system applied buildings. METHODS : In this paper authors investigate application necessity of energy harvesting technology, we analyzed energy use status of building section through analyzing domestic energy consumption status and analyzed domestic renewable energy generation potential. Also we study the features of energy harvesting technology, interseasonal heat transfer system, and case study on interseasonal heat transfer system applied buildings. RESULTS : On the basis of case study on interseasonal heat transfer system applied buildings, we analyzed feasibility study and classified into four sections(economic, environment, design, applicability), and suggested directions of architectural planning. CONCLUSIONS: Economic renewable energy for public and commercial buildings(hospitals, offices, schools, factories) can be provided effectively using Interseasonal Heat Transfer.

This paper describes the design and implementation of a electromagnetic energy harvesting mechanism and electronic circuit for autonomous emergency call system. This analysis results show the power output of the proposed harvesting mechanism and circuit up to max power output 5V and it can hold up to 65 msec of the power generation and 10msec of the RF transmission. Based on the these testing results, the implementation of autonomous emergency call device without battery power or any external power source is feasible.

About 30 percents of the energy produced by a gasoline engine is used to move a car, and nearly 70 percent is lost through waste heat. A thermoelectric generator module can harvest some of this waste heat. Thermoelectric power generation voltage and current according to the temperature change at high temperature part of thermoelectric module is increased. The reason is that the Bi-Te based thermoelectric module which is to recover waste heat of exhaust gas is increased according to high temperature. The maximum power of 5.1 Watt at 230℃ was generated at energy harvesting system using exhaust gas from internal combustion engine. Thermal power module temperature difference between both ends of the high temperature and low temperature section increases the maximum output power increases. The key factor of Thermoelectric power generation performance is the temperature difference between the both ends

본 논문에서는 페러데이 법칙을 이용한 진동발전 장치를 지하철의 자갈도상과 콘크리트 도상의 분류에 따른 기전력 량을 분석 하였다. 지하철 2호선 서초～방배 구간의 자갈도상에서 콘크리트 도상 변경으로 동일한 전동차 운행속도로 동일 구간에서 차량운행에 의한 동특성을 분석하고 진동력발전 장치를 이용해 얻어질 수 있는 기전력 량을 분석하였다. 또한 페러데이의 법칙에 의한 유도 기전력 식에 의한 계산 기전력 량과 발전 장치에 의한 관측 기전력 량을 베이지안 회귀 분석 및 상관분석을 통하여 철도에 적용되는 모델에 대한 신뢰구간과 모델식을 각 도상별로 업데이팅하였다. 수정된 식을 이용한 기전력은 한 개의 진동발전 장치 당 콘크리트 도상에서 4mV, 자갈도상에서는 40mV의 전력을 얻을 수 있다.

에너지 위기의식이 급격히 고조되고 지속 가능한 친환경 에너지원이 이슈화되면서 휴대용 전자기기 산업의 발전은 전원을 공급하기 위한 새로운 에너지원을 요구하고 있으며, 이러한 점에서 언제 어디서나 전력 수확을 가능하게 하는 인체 전력에너지 수확 시스템의 연구가 요청된다. 인체 에너지를 수확하는 방식의 하나인 열전은 인체와 주위 환경간의 온도차이로부터 에너지를 수확하는 방식으로, 본 연구에서는 열전수확에 적합한 의복의 구조와 소재를 탐색하여 인체 전력에너지 수확의류를 위한 기초적 지침을 마련하고자 하였다. 이를 위해 의복의 폐쇄부 구조에 따른 환경 온도와 의복내 온도 간의 차이를 분석하고, 의복의 소재에 따른 환경 온도와 의복내 온도 간의 차이를 도출하였다. 분석 결과, 의복구조에 따른 의복내 온도에 있어서는 인체 부위에 따른 차별화된 결과를 얻을 수 있었는데, 가슴과 등 부위에서는 '폐쇄부 유'의 의복구조인 경우가 '폐쇄부 무' 의복구조에 비하여 의복내 온도가 더 높은 것으로 나타났고, 팔 부위에서 다리 부위로 갈수록 '폐쇄부 유'와 '폐쇄부 무'의 의복구조에 따른 의복내 온도의 차이가 줄어들었다. 한편, 의복소재에 따른 환경 온도와 의복내 온도 간의 차이를 분석한 결과, 두 소재 중 하나의 소재가 일관성 있게 더 높은 온도를 보이지는 않았으며, 인체 부위별로 차이를 보였다. 이러한 의복구조와 소재에 따른 환경 온도와 의복내 온도 간의 차이 결과를 토대로, 인체 전력에너지 수확의류를 위한 지침을 도출하였다.

인체의 동작으로부터 전기 에너지를 수확하려는 압전 에너지 수확에 관한 연구가 최근 활발히 진행되고 있으며, 본 연구에서는 이러한 압전 에너지 수확 소자를 의류에 적용하여 에너지 수확 의류를 설계하였다. 먼저, 동작에너지를 수확하는데 적합한 사지의 인체 부위를 밝히기 위해 3차원 모셥 캡쳐를 실시하였고, 그 결과 엉덩이, 팔꿈치, 무릎이 적합한 부위임이 밝혀졌으며, 이 중, 움직임이 자유로운 팔꿈치와 무릎이 동작에너지 수확 부위로 도출되었다. 압전 에너지 수확 소자의 경우 의류에 적용되기 위해서는 유연하면서도 동작에 민감하게 반응되는 새로운 구조가 필요하였으며, 2개 소자를 적층으로 구성하여 발생하는 전력량을 높이는 새로운 방식이 제안되었다. 의류의 경우 압전 에너지 수확 부위인 팔꿈치와 무릎 부위에서 인체에 잘 밀착되면서 움직임을 제한하지 않는 구조가 요구되었으며, 이에 가장 적합한 무봉제 의류로 제작되었다. 개발된 압전 에너지 수확소자를 부착한 에너지 수확 의류를 시험한 결과 높은 전기에너지 발생 결과를 얻을 수 있었다.

국제 사회는 산업경제의 발달과 더불어 온실가스 배출량이 날로 증가하고 있으며, 이로 인한 기후 변화 피해가 날로 심각해지고 있는 상황에서 온실가스 배출량을 줄이기 위해 전세계가 노력을 하고 있다. 정부는 온실가스 배출량을 감축하여 지구온난화를 막기 위해 "저탄소 녹색성장"의 국가정책 하에서 신재생에너지와 같은 친환경적인 녹색산업에 많은 관심과 투자에 집중하고 있다. 신재생에너지 분야는 태양력, 풍력, 수력, 조력 등 자연에너지를 활용하는 기술에 투자하면서 관련 핵심 부품 및 소재기술은 기술적으로 발전하고 있다. 반면에, 도로 공간에 존재하는 다양한 미활용 에너지를 이용하는 기술에 대한 연구는 세계적으로도 미흡한 실정인데, 본 논문에서는 이러한 도로 공간에서의 미활용 에너지를 통해 전기를 수확하는 기술에 대한 기초적인 실험방법과 결과를 제시하였다. 도로 공간에서의 미활용 에너지는 다양한 자원이 있을 수 있는데, 예를 들면 도로 주행 차량의 압력 및 충격 에너지, 도로 포장면의 복사열, 도로 소음 및 파동 등이다. 본 논문은 도로를 주행하는 차량으로부터 전기를 수확하기 위한 압전체 형상을 제안하였으며, 이를 검증하는 몇 가지의 기초 실험을 실시하였다. 즉, 압력을 전기로 변환하는 압전기술을 활용한 것으로 국내에서 쉽게 생산하는 PZT 세라믹을 이용하여 충격하중에 따라 발생하는 전압을 측정하였고, 아스팔트 및 콘트리트 포장 조건에 따른 압전 발전 실험을 실시하여 에너지 수확 성능을 비교 분석하였다.