Energy harvesting techniques, which transform ambient energy to usable electrical energy, have attracted great deal of attention for clean and sustainable energy security. Among various ambient energies, water en-ergy has the largest potential with clean, renewable property and vast applicable area. However conventional water energy harvesting has been focused on large scale generation systems like turbine based hydropower plant. In this paper, triboelectric nanogenerator harvests raindrop energy (water-TENG), is proposed. Output voltage are current are 7 V and 128 nA, respectively. Maximum output power is 0.27 μW. Also, output char-acteristics of water TENG is investigated with various solutions including actual rainwater and flowing water to explore realistic potential of water TENG in harvesting actual raindrop energy. Moreover, Hybrid cell of proposed device and conventional solar cell is demonstrated as a practical application of proposed device. Enhanced cleaning effect by superhydrophobic surface is experimentally demonstrated with the carbon powder and hybrid cell successfully harvested both energy without any cross-effect. These results suggest great potential of water TENG in actual raindrop energy harvesting and insight into utilizing superhydropho-bic surface of water TENG.
접촉 대전을 이용한 접촉 대전 발전기와 물의 대전 현상에 기반해 기존의 복잡한 구조를 가지는 빗물 에너지 수확장치와 달리 간단한 금속, 초소수성 폴리머 층 구조로 떨어지는 빗물로부터 에너지를 수확하는 접촉 대전 발전기를 구현하였다. 기본적인 출력은 처리되지 않은 수돗물로 검증되었으며 물 방울당 7V, 128 nA의 출력 전압과 전류를 보였다. 실제적인 빗물에너지 수확을 위해 빗물을 포함한 다양한 액체로 출력전압을 측정한 결과 빗물은 높은 수준의 출력 전류를 생성할 수 있음을 확인하였다. 물과 고체 표면의 대전은 이온 농도에 따라 감소하게 되는데 빗물의 이온 분석결과 실제 적용 가능한 범위 내에 있음을 확인하였다. 위 실험에서 사용한 순차적 물의 낙하는 실제 환경에서는 드물기 때문에 제작된 접촉 대전발전기를 흐르는 물 아래 위치시켜 지속적으로 젖어있는 환경에서도 성공적으로 전력을 생산할 수 있음을 검증하였다. 마지막으로 제안된 소자의 응용으로서 기존의 태양광 발전기와의 하이브리드 소자를 제안하였다. 기존의 태양광발전기는 현재 가장 넓은 범위에서 사용되고 있는 소자이나 비가 오는 날 효율이 급격히 감소하고 지속적인 공기 중 먼지에 의한 오염에 의해 효율이 감소하는 문제를 가진다. 이를 위해 투명하게 제작된 소자를 태양광 발전기 상부에 위치시킴으로써 하이브리드 소자를 구현하였고 이로 인해 하이브리드 소자는 향상된 자정효과를 가질 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 또한 빗물에너지와 태양광에너지가 불필요한 간섭현상 없이 독립적, 동시적으로 수확될 수 있음을 확인하였다.
