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국내 연구진이 열과 전기로 서로 변환이 가능한 열전 소재를 만드는 기술을 개발했음. 이 기술로 친환경 냉각장치나 자동차·공장의 폐열을 활용해 전기를 만드는 데에도 활용할 수 있다고 연구진은 설명함.

재료연구소(KIMS)는 기능세라믹연구실 민유호 박사 연구팀이 ㈜LG화학 박철희 박사 연구팀과 공동연구해 새로운 열전 소재를 개발했다고 2일 밝혔음. 연구진은 재료 내부의 틈이나 구멍을 인위적으로 제어해 열이나 전기적 특성을 동시에 조절할 수 있는 소재 설계를 한 것임.

연구책임자인 재료연구소 민유호 선임연구원은 "손쉬운 공정과 친환경 원소의 사용 등 고효율 열-전기에너지 변환소재 개발을 통해 상용화에 한걸음 가까워졌다"

현재까지 열전 소재는 환경적 사용 제약을 지닌 납이나 값비싼 게르마늄 등을 포함해 상용화가 어려웠음. 이에 연구진은 친환경 원소만을 활용해 소재 내부의 결함 농도를 조절하고 열적 전기적 특성을 동시에 제어했음.

연구진은 열전소재 주재료로 주석텔루라이드(SnTe)를 선택했음. 여기에 안티몬텔루라이드(Sb2Te3)를 추가해 소재 내부의 틈이나 구멍인 공공을 조절한 것임.

연구팀은 전기전달 매개체의 농도를 최적화해 소재의 전기적 특성을 향상시켰음. 이 소재는 각각 주석텔루라이드 대비 열전성능지수가 약 152%, 안티몬 만을 도핑한 소재 대비 약 25% 향상된 결과를 얻었음.

결함 제어를 통한 소재 설계 기술은 유사한 염화나트륨 결정구조를 가진 다른 열관리 및 신재생에너지용 소재 개발에 손쉽게 활용이 가능함.

민유호 선임연구원은 "열전 소재 설계 기술은 열전 분야 이외에도 열적 전기적 물성 조절이 필요한 유사 결정구조를 지닌 소재 개발에 손쉽게 활용될 수 있어 앞으로 활용성이 기대된다."고 말함.

한편, 열에너지 하베스팅 및 정밀온도 제어 등 열전변환 신소재 시장은 센서네트워크, 군사, 헬스케어, 기타 산업용 등을 포함해 2022년 기준, 약 7억4600만 달러로 예상되고 있음. 전반적 열관리 시스템 시장 또한 향후 산업적 파급효과가 크기 때문에 관련 시장은 앞으로 보다 확대될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Nano Energy’ 지에 게재됨.