HEAT Lab - Energy harvesting & storage

Energy harvesting & storage

에너지 자율성 구현: 하베스팅과 저장 기술

진정한 의미의 에너지 자율성을 달성하기 위해, 차세대 모빌리티는 제어 기술뿐만 아니라 차량이 에너지를 포집, 변환 및 저장하는 방식에서도 혁신적인 돌파구가 필요합니다. 이에 따라 우리 연구실은 나노 기술과 에너지 시스템을 결합하여, 고효율 하베스팅 메커니즘과 내구성이 뛰어난 에너지 저장 플랫폼을 구축하기 위한 첨단 전략을 연구합니다. 우리의 연구 범위는 주변의 열 및 기계적 에너지를 수집할 수 있는 스마트 소재 개발부터, 안정성·확장성·급속 충전 성능을 보장하는 새로운 저장 구조 설계에 이르기까지 폭넓게 걸쳐 있습니다. 이러한 기술들을 모빌리티 플랫폼에 매끄럽게 통합함으로써, 지능형 에너지 관리를 통해 스스로 동력을 유지할 수 있는 차량을 구현하고, 나아가 더욱 회복력 있고 지속 가능한 모빌리티 생태계를 조성하는 것을 목표로 합니다.

⦁ 에너지 생산 (열전 기반 전력 생산, 액적 기반 전력 생산)

⦁ 슈퍼 커패시터 및 열 커패시터

To achieve true energy autonomy, next-generation mobility requires breakthroughs not only in control but also in how vehicles capture, convert, and store energy. Thus, we investigate advanced strategies that combine nanotechnology with energy systems to create highly efficient harvesting mechanisms and durable storage platforms. Our work spans from developing smart materials that can scavenge ambient thermal and mechanical energy to engineering novel storage architectures that ensure stability, scalability, and rapid energy delivery. By integrating these technologies seamlessly into mobility platforms, we aim to enable vehicles that can sustain themselves through intelligent energy management—paving the way toward a more resilient and sustainable mobility ecosystem.

⦁ Energy harvesting (Thermoelectric generation, Droplet-based electricity generation)

⦁ Supercapacitor & Thermal capacitor

에너지 수확 (Energy harvesting): 열전 및 액적 기반 전력 생산 기술

에너지 하베스팅 분야에서 우리 연구실은 열전 발전(TEG)과 액적 기반 발전(DEG) 연구에 집중하고 있습니다. 열전 발전(TEG)은 제베크 효과(Seebeck effect)를 통해 온도 차를 전기 에너지로 직접 변환하는 기술로, 차량 배기 시스템이나 다양한 열원으로부터 발생하는 폐열을 회수하는 데 매우 적합합니다.

(관련 연구: SusMat, 5(1), e264, 2025.)

한편, 액적 기반 발전(DEG)은 떨어지는 물방울의 충격과 마찰에 의해 발생하는 마찰전기 효과(Triboelectric effect)를 이용하며, 우천 시에도 전력을 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 이러한 메커니즘을 활용함으로써 TEG와 DEG는 상호 보완적인 에너지 하베스팅 방안을 제시합니다. 이는 모빌리티에 폐에너지를 재활용하고 주변 환경으로부터 전력을 생성하는 새로운 경로를 제공하며, 궁극적으로 에너지 자율형 모빌리티를 실현하기 위한 핵심적인 단계가 될 것입니다.

(관련 연구: Nano Energy, 129, 110004, 2024.)

In the area of energy harvesting, our research focuses on thermoelectric generation (TEG) and droplet-based electricity generation (DEG). TEG operates by converting temperature differences directly into electrical energy through the Seebeck effect, making it highly suitable for harvesting waste heat from vehicle exhaust systems or other heat sources.
(Reference: Yeongju Jung†, Jiyong Ahn†, Ji-Seok Kim, Junhyuk Bang, Minwoo Kim, Seongmin Jeong, Jinwoo Lee, Seonggeun Han, Il-Kwon Oh, Seung Hwan Ko*, "All Weather-Usable Wearable Dual Energy Harvester for Outdoor Sustainable Operation", SusMat, 5(1), e264, 2025.)

Meanwhile, DEG utilizes the triboelectric effect generated by the impact and friction of falling water droplets, producing electricity even in rainy conditions. By leveraging these mechanisms, TEG and DEG offer complementary approaches to energy harvesting, providing vehicles with new pathways to recycle waste energy and generate power from the environment—key steps toward achieving energy-autonomous mobility.
(Reference: Yeongju Jung, Ji-Seok Kim, Junhyuk Bang, Seok Hwan Choi, Kangkyu Kwon, Min Jae Lee, Il-Kwon Oh, Jaeman Song, Jinwoo Lee, Seung Hwan Ko*, "Energy-saving window for versatile multimode of radiative cooling, energy harvesting, and defrosting functionalities", Nano Energy, 129, 110004, 2024.)

슈퍼 커패시터 및 열 커패시터 (Supercapacitor & Thermal capacitor): 차세대 에너지 저장 및 열 안정성 기술

에너지 하베스팅 및 저장 분야에서 우리 연구실은 슈퍼커패시터와 상변화 물질(PCM) 기반의 열 커패시터라는 두 가지 핵심 기술에 주목하고 있습니다. 슈퍼커패시터는 높은 출력 밀도와 급속 충·방전 능력을 갖추고 있어 현대 전자 시스템에 없어서는 안 될 필수 구성 요소입니다. 이는 모빌리티 플랫폼의 첨단 기능을 지원하기 위한 안정적이고 효율적인 에너지 저장 솔루션을 제공합니다.

(관련 연구: Nano-Micro Letters, 17, 127, 2025.)

PCM 기반 열 커패시터는 물질의 상변화(Phase transition) 과정을 통해 열에너지를 저장하거나 방출하며, 배터리 과열 문제를 완화하는 혁신적인 접근 방식을 제시합니다. 과도한 열을 조절하고 열적 안정성을 높임으로써, 차세대 에너지 저장 시스템의 안전성, 신뢰성 및 수명을 획기적으로 개선할 수 있습니다. 이 두 기술의 결합은 회복력 있고 에너지 자율적인 모빌리티를 실현하기 위한 중추적인 토대가 됩니다.

(관련 연구: Nano Energy, 105, 107979, 2023.)

In the domain of energy harvesting and storage, our research highlights two key technologies: supercapacitors and phase change material (PCM)–based thermal capacitors. Supercapacitors, with their high power density and rapid charge–discharge capability, are indispensable components for modern electronic systems, providing stable and efficient energy storage to support advanced functionalities in mobility platforms.
(Reference: Yeongju Jung†, Kyung Rok Pyun†, Sejong Yu, Jiyong Ahn, Jinsol Kim, Jung Jae Park, Min Jae Lee, Byunghong Lee, Daeyeon Won, Junhyuk Bang, Seung Hwan Ko*, "Laser-Induced Nanowire Percolation Interlocking for Ultrarobust Soft Electronics", Nano-Micro Letters, 17, 127, 2025.)

PCM-based thermal capacitors store and release thermal energy through phase transition, offering an innovative approach to mitigating battery overheating issues. By regulating excessive heat and enhancing thermal stability, they can significantly improve the safety, reliability, and lifespan of next-generation energy storage systems. Together, these technologies represent critical building blocks toward achieving resilient and energy-autonomous mobility.
(Reference: Yeongju Jung†, Inho Ha†, Minwoo Kim, Jiyong Ahn, Jinwoo Lee, Seung Hwan Ko*, "High heat storing and thermally diffusive artificial skin for wearable thermal management", Nano Energy, 105, 107979, 2023.)

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