국립 선진 산업 과학 및 기술 연구소 [Ishimura Kazuhiko의 회장] (이하 "바카라 족보"), Sensing Systems Research Center [Kamata Toshihide, Research Center의 Kamata Toshihide] 및 Human Extension Research Center [Komata Masaaki, Research Enforation] Tomoaki, Resepoys a "Komaki의 Komata Masaaki" "Komata Masaaki" 이는 공기 중 습도의 변화를 사용하여 전기를 생성 할 수 있습니다
소형 전자 장치의 자체 지원 전원으로서 열전 요소, 태양열 발전 및 진동 발전과 같은 환경에 존재하는 작은 에너지를 사용합니다환경 발전기술은 수년 동안 개발되어 왔지만, 일반적으로 에너지 원으로 간주되는 열, 빛, 진동 등은 장소가 제한되어 있어이 기술이 "어디서나 전력을 생성 할 수있다"고 말하기가 어렵습니다 따라서 환경 발전 기술의 발전은 에너지 원으로 지구상의 거의 모든 곳에서 존재하는 습도 (대기 중의 수증기)를 사용하여 수행되고 있습니다 그러나 습도를 사용하는 기존 발전 요소는 NA에서 µA 수준에서 전류를 달성하여 실용적인 전원이라고 말할 수 없습니다 이시기에 개발 된 습도 변동 배터리는 델리크 재료와 차동 염분 발전과 결합 된 새로운 원리로 작동하며 내부 저항이 낮기 때문에 MA 수준의 전류를 지속적으로 추출 할 수 있습니다 이 요소는 단순히 공기에 노출시킴으로써 낮과 밤의 습도 차이를 사용하여 바카라 족보를 생성 할 수 있으며 IoT 장치 및 기타 장치의 매우 낮은 전원으로 사용될 것으로 예상됩니다
이 기술에 대한 자세한 내용은 Royal Society of Chemicals지속 가능한 에너지 및 연료에 게시됩니다 2021 년 6 월 2 일 현재
개발 된 습도 변동 배터리 (왼쪽) 및 습도 변동 배터리 전압 습도가 변경 될 때 (오른쪽)
최근 몇 년 동안 다양한 전자 장치가 기술 발전의 발전과 함께 사용되었으며 그 수는 계속 증가했습니다 주변의 물건에 대한 정보를 인터넷에 연결하는 IoT (사물 인터넷)도 개발 중이며이 추세는 앞으로도 계속 될 것으로 예상됩니다 전자 장치의 수가 계속 증가하면 수많은 전자 장치에 전력을 공급하는 방법에 문제가 발생합니다 전자 장치의 수가 엄청나게 증가함에 따라 전력 배선, 정기 충전 및 배터리 교체를 연결하는 것은 물리적 공간과 노력 측면에서 덜 현실적이 될 것으로 생각됩니다 따라서 환경에서 소량의 에너지를 사용하여 바카라 족보를 독립적으로 생성하는 환경 발전 기술이 개발되고 있지만 기존 기술이 사용하는 에너지는 어디에나 있지 않으며 어디에서나 바카라 족보를 생산할 수있는 기술을 실현하기가 어려웠습니다
바카라 족보 Sensing Systems Research Center는 바카라 족보 Human Expansion Research Center와 협력하여 운전 전원 및 무선 데이터 전송을 포함하여 감지와 관련된 광범위한 기술을 개발합니다 이번에는 Sensing System Research Center가 소유 한 습도 센서 기술을 기반으로 습도 가변 배터리를 개발하는 작업을 수행했습니다
이 연구 개발은 NEDO 주요 연구 프로그램/미확인 챌린지 2050, "습도 가변 발전 장치의 연구 및 개발"(주요 연구원 : Komazaki Tomoaki), 새로운 에너지 및 산업 기술 개발을위한 국가 연구 기관에 의해 지원되었습니다
이번에 개발 된 습도 변동 배터리는deliquency수화 작용 및 수성 무기 염 용액소금 농도 차이 발전의 기술을 결합함으로써 습도 변동을 사용하여 바카라 족보를 생성 할 수 있습니다 이전에, 수분을 흡수 할 때 전압을 생성하는 그래 핀 옥사이드를 사용한 발전 요소는 연구되었지만, 이러한 원소는 여러 kΩ 이상의 높은 내부 저항을 가지므로 MA 수준에서 전류를 추출하기가 어렵습니다 이번에 개발 된 습도 변동 배터리는 이전과 다른 원리로 작동합니다 (그림 1) 습도 가변 배터리는 대기에 개방 된 개방형 탱크와 폐쇄 탱크 닫힌 탱크로 구성되며, 물로 만든 전해질과 델리크 호환 리튬 소금으로 둘러싸인 2 개의 탱크가 있습니다 이 배터리가 습도가 낮은 환경에 노출되면 습기가 열린 탱크에서 증발하여 농도를 증가시키는 반면 폐쇄 탱크는 밀봉되어 농도의 변화가 없습니다 이것은 개방 탱크와 폐쇄 탱크 사이의 농도 차이를 유발하고 전극 사이에 전압이 생성됩니다 반면에 높은 습도 환경에 노출되면 개방 탱크의 수용액은 공기의 수분을 흡수하고 농도는 감소합니다 이로 인해 이전 방향과 반대 방향으로 밀도 차이가 발생하고 반대 방향의 전압이 생성됩니다 이 과정이 반복되면 이론적으로 바카라 족보 에너지는 반 영리한 방식으로 습도의 변동에서 추출 될 수 있습니다 공기의 습도는 낮과 밤의 온도 변화로 인해 낮에는 수십 %에 달하기 때문에이 기술을 사용하면 그대로 두는 것만으로도 바카라 족보를 생성 할 수있는 기술을 생성 할 수 있습니다 이 기술은 공중에서 약간의 변동을 활용하는 새로운 재생 에너지라고 할 수 있습니다
그림 1 : 습도 가변 배터리의 작동 원리
이번에는 습도 가변 배터리를 실제로 제작했으며 온도와 습도가 제어 될 수있는 일정한 온도 및 습도 상수 탱크에서 2 시간마다 30% 및 90%의 습도를 반복 할 때 30% 습도에서 생성되었고 -17 MV는 90%에서 생성되었습니다 (그림 2) 전압이 최대 인 경우 하중이 연결되고 출력이 측정되었고 최대 값은 30 µW (33 µW/cm2) 출력이 얻어졌습니다 또한 단락 전류는 5 Ma (056 ma/cm2) 1 시간 이상 연속적으로 1mA 이상의 전류를 출력 할 수도 있습니다 습도를 사용한 이전의 발전 기술은 오랫동안 큰 전류를 출력 할 수있는 것으로보고되지 않았 으며이 요소의 전류 공급 용량이 매우 높다고 말할 수 있습니다 장치는 솔루션으로 만들어졌으며 기존 장치보다 내부 저항이 낮기 때문입니다
그림 2 배터리 전압 (왼쪽)과 하중이 연결되어있을 때 습도가 변경 될 때 습도 변동 (오른쪽)
전력 절약 장비의 작동 시연으로서, 10 µW 미만으로 구동 될 수있는 저전력 모터는 습도가 변수 배터리로 제조 및 전원을 공급했습니다 습도 가변 배터리를 습도가 20-30% 인 밀폐 컨테이너에 넣고 전압이 일정한 값에 도달하면 모터에 연결하면 모터가 25 시간 이상 회전 할 수있었습니다 (비디오 참조)
습도 가변 배터리를 가진 저전력 모터 구동
이런 식으로, 습도 변동 배터리는 습도 변동으로부터 오랜 시간 동안 상대적으로 많은 양의 에너지를 추출 할 수 있으며 IoT 장치 및 기타 장치의 전원으로 적용될 것으로 예상됩니다
우리는 장기 사용 후 출력 및 내구성의 추가 개선을 포함하여 실제 사용에 대한 연구를 수행 할 것입니다