유망기술

고효율 자기센서/에너지 하베스터용 자기-전기 복합체
분야
기타

단결정 압전 섬유 포함 복합체 및 이를 포함하는 자기전기 복합재료 적층체 외 3건

보유기관 및 연구자 : 재료연구소 안철우 박사

개발상태
5/9

기술완성도

TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08

시작품 인증/
표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07

Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06

Pilot 단계 시작품
성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL05

시제품 제작/
성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04

연구실 규모의
부품/시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03

연구실 규모의
성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01

기초 이론/
실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

거래 조건 :
추후 협의
상담신청 기술문의

기술개요

○ 본 기술은 자왜 소재와 단결정 압전 소재로 이루어진 자기센서 및 에너지 하베스터용 자기전기 복합체로, 자왜층 및 압전층을 구비함으로써 자기전기적 효과와 압전
효과를 모두 발현할 수 있음

○ 이에 진동, 음파, 초음파, 자기장 등 다양한 외부 자극을 수용하여 휴대용 저전력 전자기기 및 무선 센서 네트워크 등의 기술 분야에서 고효율의 에너지 하베스팅
소자로서 유용하게 사용될 수 있음

대표 도면

○ 자기-전기 복합체를 이용한 MME 하베스팅 기술

개발배경/산업동향

○ 무선 센서 네트워크 구동의 핵심동력원인 배터리는 주기적으로 교체되거나 충전되어야 하는 단점이 있으며, 특히 매우 많은 수의 센서노드로 구성된 무선 센서
네트워크의 경우에는 일반적으로 사람이 접근하기 어려운 공간에 장착되며 배터리 의 수명이 각각의 노드마다 차이가 있어 배터리 교체 시 비용적인 문제가 발생함

○ 가능한 장기적인 사용을 위한 다양한 저전력 소자 기술과 반영구 전원 기술로 미세 에너지 발전/전환 기술이 필수요소로 인식되고 있음

○ 송배전 시스템 및 발전, 고속철, 지하철, 산업기기 등의 경우, 고전류에 의한 자기에너지와 기계적 에너지인 진동이 공존하고 있으며 진동에너지와 자기에너지를 전기에너지로 효과적으로 수확할 수 있는 에너지 하베스팅 기술이 요구됨

○ 압전 소재와 자왜소재를 복합화한 자기-전기 복합체는 전자기 방식의 자기장 에너지의 단점(저주파 미세자기장에서의 효율, 부하와의 간섭, 공간적인 부피)를
가지지 않으며, 다른 에너지 하베스팅 기술에 비하여 높은 하베스팅 전력밀도를 가짐


기존기술대비 개선점

○ 압전 에너지 하베스트 소자의 고성능화를 위한 종래의 연구는 소자의 형상의 변형이나 새로운 압전 소재의 개발 등에 치우쳐 있음

○ 기존 소재를 이용한 소자의 고성능화 또는 압전 소재에 분극을 일으키는 외부 자극의 다양화를 통한 소자의 고성능화에 대한 연구는 진행되고 있지 않음

기술구성/특징

○ 본 기술은 자기센서 / 에너지 하베스트 소자용 자기-전기 복합체는 아래와 같이 제작됨

- 자왜 소재로 이루어진 제 1층을 준비하는 단계

- 배향제어된 압전 단결정 섬유를 전극, 고분자 보호층과 접합하는 단계

- 제 1층 상에 제 2층을 적층하는 단계

* 압전 단결정의 배향은 두께방향으로 011방향, 횡방향으로 100 방향으로 이루어져 압전 진동 d32 모드를 활용함

시장동향

전세계 에너지 하베스팅 시장은 2012년 7억 630만 달러에서 오는 2022년 52억 8,070만 달러로 증가될 전망

○ 에너지 하베스팅 자체 시장 규모는 크지 않지만, 연관 시장 규모는 큼

○ 사물인터넷 시장규모는 2013년 2천억 달러에서 2020년 1.2조 달러로 연평균 21.8% 성장할 것으로 전망됨

[세계 에너지 하베스팅 시장 전망]