광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
로고

[혁신적인 광섬유 기술] 우리의 비전은 태양광을 전기로 변환할 수 있는 태양열 수확 섬유와 생성된 전기를 섬유에 저장할 수 있는 배터리 섬유를 개발하는 것

박세훈 | 기사입력 2024/06/06 [09:00]

[혁신적인 광섬유 기술] 우리의 비전은 태양광을 전기로 변환할 수 있는 태양열 수확 섬유와 생성된 전기를 섬유에 저장할 수 있는 배터리 섬유를 개발하는 것

박세훈 | 입력 : 2024/06/06 [09:00]

 

생성된 전기를 섬유에 저장할 수 있는 배터리 섬유를 개발

메릴랜드주 로렐에 있는 존스 홉킨스 응용 물리학 연구소(APL)의 연구원들은 다용도 웨어러블 전자 장치를 만들기 위한 획기적인 노력의 일환으로 배터리 및 태양열 광섬유에 대한 새로운 확장 가능한 접근 방식을 개발했다. 과학자들의 성명서에 따르면 이 고급 섬유는 의류에 짜여져 전기 에너지를 수확하고 저장할 수 있는 잠재력을 가능하게 한다.

기존 광섬유 배터리는 확장성 및 성능 제한으로 인해 문제가 발생하는 경우가 많다. 이러한 장애물을 극복하기 위해 APL 팀은 기존 파우치 셀과 유사한 적층 설계를 사용하여 광섬유 배터리를 설계했다. 이 혁신적인 방법은 레이어 라미네이션 및 레이저 가공을 포함하며 650–700μm의 좁은 배터리 섬유를 생산한다. 이러한 섬유는 Tech Xplore에서 보고한 바와 같이 통기성, 신축성 및 세탁성과 같은 기존 직물의 품질을 유지하는 고성능 웨어러블 전자 제품에 전력을 공급할 수 있다.

"전자 섬유에 대한 수요가 변화함에 따라 재사용, 내구성 및 신축성이 있는 더 작은 전원에 대한 요구가 있습니다"라고 APL의 물리학, 전자 재료 및 장치 보조 프로그램 관리자이자 이 프로젝트의 수석 연구원인 Konstantinos Gerasopoulos는 말했다. "우리의 비전은 태양광을 전기로 변환할 수 있는 태양열 수확 섬유와 생성된 전기를 섬유에 저장할 수 있는 배터리 섬유를 개발하는 것입니다."

진행 상황은 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-HFP) 분리막 개발에 달려 있다. 이 분리막은 가열 롤링 프레스를 사용하여 기존 배터리 전극의 적층을 가능하게 한다. 그런 다음 적층 스트립을 레이저로 절단하여 섬유를 형성하며, 이는 섬유 길이의 센티미터당 최대 0.61밀리와트시의 에너지를 저장할 수 있는 에너지 밀도를 보여주었다.

광섬유 배터리는 롤투롤 가공을 위해 설계되어 이전 방법에서 크게 벗어났다. 이 새로운 접근 방식은 활성 물질의 최적 활용, 비활성 물질의 최소 사용, 확장성 및 널리 사용되는 배터리 산업 장비와의 호환성을 보장한다. "우리는 항상 롤투롤(roll-to-roll) 호환성을 염두에 두고 설계했습니다"라고 연구의 수석 저자인 레이첼 알트마이어(Rachel Altmaier)는 언급했다. "우리는 모든 프로세스를 지속적으로 실행할 수 있어야 하며, 그렇지 않으면 우리가 개발하는 것이 관련이 없습니다. 이 공정은 기존 제조 라인에 투입될 수 있습니다."

맞춤형 배터리 장비는 폴리머 분리막이 있는 양극 및 음극 전극의 적층 평면 스트립을 스택으로 변환한 다음 얇은 섬유로 레이저 절단한다. "우리는 5시간이 조금 넘는 시간 안에 100미터의 총 섬유를 처리할 수 있습니다"라고 APL의 엔지니어이자 논문의 공동 저자인 Jason Tiffany는 말했다. "우리 공정을 통해 섬유를 더 작고 에너지 밀도가 높게 만들 수 있으며, 이는 섬유 응용 분야에 더 많은 기회를 열어줄 수 있습니다."

태양열 섬유는 유연한 회로 기판에 조립하고 섬유에 통합하기 위해 폴리머로 캡슐화하여 기존 태양 전지 기술을 채택했다. 광범위한 굽힘과 빛에 대한 노출에도 불구하고 이러한 섬유는 높은 성능과 내구성을 유지했다. "현재 태양 전지 기술에 가장 큰 도전은 그것의 단단함입니다,"는 마이클 진, 태양 전지 종이의 수석 저자를 강조했다. "옥상에 있는 것과 같은 태양 전지판을 작은 태양 광섬유로 축소하는 것은 매우 어려운 일이라고 상상할 수 있습니다."

"우리는 표준 마이크로일렉트로닉스 제조 공정을 사용하여 현재의 경질 태양 전지 기술을 유연하고 내구성 있는 섬유로 변형시킨 새로운 접근 방식을 개발했습니다." "섬유를 8,000번 구부린 후에도 성능에는 변화가 없었습니다."

이 선구적인 기술은 건강 모니터링, 의복 보온, 군인 장비에 전력 공급과 같은 다양한 응용 분야를 가능하게 할 수 있다. 이 연구는 광섬유 배터리 기술의 패러다임 전환을 나타내며 고성능 웨어러블 및 섬유 전자 제품의 길을 열었다.

"빛 에너지 수확과 배터리 섬유를 통합한 섬유는 오늘날 웨어러블이 달성할 수 있는 것에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 조만간 이러한 섬유는 일반 섬유의 편안함과 편의성을 제공하면서 분산 직물 기반 전력, 가열, 통신 및 감지를 가능하게 할 것입니다"라고 APL의 연구 및 탐색 개발 부서의 연구 프로그램 지역 관리자인 Jeff Maranchi는 말했다.

광섬유 기술의 이러한 혁신적인 발전은 웨어러블 전자 제품의 새로운 시대를 예고하여 미래 지향적인 애플리케이션을 현실에 더 가깝게 만든다.  제조사 Impact Lab

 

 
광고
광고
광고
광고
광고
광고
많이 본 기사