Many previous studies on droplet-based electricity generators (DEGs) and triboelectric nanogenerators (TENG) used falling water droplets. These devices featured surfaces that were exposed to the environment, rendering them vulnerable to contaminants such as dust. They were also characterized with low durability. In such devices, high currents could be achieved only when the water droplets reached the electrode when they were spread out the most. Thus, further improvements in DEGs and TENGs must be implemented. In this study, an energy harvesting system was fabricated using a simple clamshell-shaped DEG, hereafter referred to as CS-DEG, prepared from polytetrafluoroethylene (PTFE) and polydimethylsiloxane films. The CS-DEG designed in this study does not generate electricity using falling water droplets; instead, it generates electricity through the compression and relaxation of a water droplet fixed to its surface. The developed design effectively prevented the contamination of the PTFE surface, and the resulting device demonstrated feasibility as a highly durable energy harvesting system. Specifically, it could generate a voltage of up to 0.9 V and a current of up to 711 nA using a single water droplet. The proposed technology has potential for further development and application in various fields.

기존의 많은 연구에서 물방울 기반 전기 발생기(electricity generators, DEG) 및 마찰 전기 나노 발전기(triboelectric nanogenerators, TENG)는 주로 낙하하는 물방울을 이용하여 에너지를 생성하였다. 이러한 장치들은 작동 중 외부 환경에 노출되어 먼지 등 오염 물질에 취약하며, 내구성 또한 낮다는 단점이 있다. 또한, 높은 전류를 얻기 위해서는 물방울이 전극 표면에 최대한 넓게 퍼질 때만 효율적인 전력 생산이 가능하다는 한계가 존재한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 DEG 및 TENG 기술의 추가적인 개선이 필요하다. 본 연구에서는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)과 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 필름을 이용하여 조개 모양의 간단한 구조를 갖춘 DEG 시스템(CS-DEG)을 설계하였다. CS-DEG는 낙하하는 물방울 대신, 표면에 고정된 물방울의 압축과 이완에 의해 전기를 생성하는 방식으로 작동한다. 이 설계는 PTFE 표면의 오염을 효과적으로 방지하였으며, 이를 통해 장치는 높은 내구성을 지닌 에너지 하베스팅 시스템으로서의 가능성을 입증하였다. 본 연구에서 제안된 시스템은 단일 물방울을 사용하여 최대 0.9 V의 전압과 711 nA의 전류를 생성할 수 있음을 확인하였다. 이러한 기술은 다양한 환경에서 안정적으로 에너지를 생산하는 효율적인 에너지 하베스팅 시스템으로 활용 가능성이 높다고 판단된다.

Keywords: droplet-based electricity generator, water droplet, polytetrafluoroethylene film, energy harvesting.