공기에서 전기를 생성하는 종이 기반 웨어러블 기기

 

지난 10년 동안, 특히 의료용으로 설계된 웨어러블 전자 기기는 상당한 인기를 얻었다. 그러나 연구자들은 여전히 ​​이를 구동하는 가장 좋은 방법을 연구하고 있다.

 

기존 배터리는 현재 가장 일반적인 솔루션이지만, 종종 더 많은 유연성이 필요하고 연속 사용 시 수명이 짧다.

 

무선 전력 전송 기술은 대안적인 솔루션을 제공하지만, 이러한 시스템은 범위와 휴대성에 제한이 있다.

 

해결책으로, 빙엄턴 대학교의 석훈 "숀" 최 교수, 조교수 안와르 엘하다드, 박사과정생 양 "렉시" 가오는 공기에서 수분을 끌어내 전기로 전환하는 새로운 방법을 개발했다.

 

공기를 통한 전기 생산

최근 Small 저널에 게재된 논문에서 빙엄턴 팀은 습기 포집을 통해 지속적인 고효율 전력 출력을 제공하는 종이 기반 웨어러블 기기를 설명했다.

 

"웨어러블 전자 기기는 미래에 에너지 수확 기술을 사용하지만 현재 이 기술은 시간적으로 매우 불규칙하고 위치가 무작위적이며 비효율적으로 변환된다."라고 최는 말했다.

 

"나는 이 주제에 관심이 있었다. 우리 공기의 습기는 어디에나 있고 습기에서 에너지를 수확하는 것이 매우 쉽다는 것을 깨달았기 때문이다.

 

최의 생체전자 및 마이크로시스템 연구실이 지난 15년 동안 바이오 배터리에 대해 얻은 지식을 적용하여 이 발전기는 박테리아 포자를 "기능 그룹"으로 사용하여 물 분자를 양이온과 음이온으로 분해한다.

 

종이의 모세관은 포자를 흡수하여 아래쪽보다 위쪽에 양이온이 더 많은 구배를 만든다. 이러한 불균형은 전하로 이어진다.

 

한 쪽은 소수성이고 다른 쪽은 친수성인 야뉴스 종이 층을 추가하면 수분 흡수가 향상된다.

이 층은 물 분자를 끌어들여 처리될 때까지 장치 내부에 유지한다.

 

종이 기반 웨어러블 장치

이 연구는 환경에 해를 끼치지 않으면서 유연하고, 착용 가능하며, 확장 가능하고, 일회용인 종이로만 장치를 만드는 것을 포함하는 최의 페이퍼트로닉스 추구를 계속한다.

 

그는 습식 전기 발전기를 저전력 센서, 약물 전달 또는 전기 자극에 혁명적인 것으로 보고 있다.

잠재적인 개선 및 개선 사항에는 전력 출력 증가, 에너지 저장 방법 개발 및 다른 에너지 수확 기술과 통합이 포함된다.

 

최는 또한 이 장치를 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS)과 같은 크기로 축소하기를 바라고 있다.

"한 장치의 크기는 나에게 너무 크다. 나는 MEMS 사람이다!"라고 그는 말했다.

"각 단위를 줄이고 작은 면적 내에서 더 많은 셀을 연결함으로써 전력 밀도를 크게 개선할 수 있다. 또한 종이를 사용하기 때문에 오리지미 기술을 포함한 다른 많은 아이디어를 시도할 수 있다."

 

다른 연구자들이 장기 착용형 기기를 개발하는 동안, 최의 본능은 전자 폐기물로 매립지를 어지럽히지 않는 일회용 기기에 집중함으로써 반대 방향으로 나아가는 것이다.

 

그는 "4개월 동안 하루 종일 무언가를 착용하고 싶지 않다."라고 말했다.

"나는 잠깐 사용하고 버릴 수 있는 종이가 최고이다."

 

하지만 공기 중의 수분에서 전기를 생성하는 장치가 만들어진 것은 이번이 처음은 아니다.

5월, 호주 뉴사우스웨일즈 대학교(UNSW)의 연구원들은 박테리아가 생성하는 단백질 필라멘트를 성공적으로 설계하여 전기를 전도하고 공기 중의 수분을 이용해 전기를 활용할 수 있도록 했다.

 

대학 보도 자료에 따르면, 단백질 공학과 나노전자공학을 포함하는 이 학제간 연구는 언젠가 과학자들이 '친환경 전자공학'을 개발하는 데 도움이 될 수 있다.