열전소재 성능 극대화
[충청투데이 윤경식 기자] 국내 연구진이 열전 발전기 제작에 사용되는 탄소나노튜브 소재를 스펀지처럼 만들어 소재의 열전 성능과 내구성을 개선하는 기술을 독자적으로 개발했다.
한국화학연구원은 한미정·강영훈 박사 연구팀(화학소재연구본부 광에너지연구센터)이 탄소나노튜브, 비스무스–안티몬–텔루라이드(BiSbTe)를 다공성 폼 형태로 결합해 열전 성능을 극대화한 유연 열전 발전기를 개발했다고 13일 밝혔다.
탄소나노튜브를 활용한 열전소재(열과 전기 간 상호 변환이 가능한 소재)는 형태 변형이 쉬우나 금속기반 열전소재 대비 열전 성능이 낮고 기계적 내구성이 부족하다는 한계가 있었다.
이에 연구팀은 탄소나노튜브를 부피감 있는 구조로 제작해 유연성은 유지하고 낮은 열전 성능과 내구성을 개선하는 독자적 기술을 개발했다.
이번 기술에는 유기 열전소재 재료 분말을 모양틀에 채우고 열을 가해 스펀지처럼 굳히는 방식과 열전 소재 물질을 내부 구멍에 균일하게 분포시키는 기술이 적용됐다.
이를 통해 액체를 얇게 굳혀 필름 형태로 만드는 기존의 열전소재 제작방식보다 기계적 내구성을 높였으며 열전 성능도 기존 방식보다 5.7배 높일 수 있었다.
또 3일 이상 소요되던 제작기간을 4시간까지 단축함으로써 생산성 부문에서도 상당한 향상을 보였다.
연구팀은 향수 소재의 열전 성능을 더욱 개선하기 위한 도핑 공정을 활용한 연구를 진행할 예정이며 이르면 2030년 경에는 상용화가 가능할 것으로 전망했다.
소재의 상용화 시에는 친환경 에너지, 반도체 등 다양한 산업 분야에서 활용되며 신시장 창출 등의 산업·경제적 파급효과를 가져올 것으로 기대된다.
이영국 한국화학연구원 원장은 “이번 연구는 웨어러블 기기, IOT 센서 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 중요한 기술”이라며 “향후 에너지 자립형 전자기기 개발에도 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구는 ‘한국화학연구원 기본사업’과 ‘과학기술정보통신부 한국연구재단 창의소재발견사업’의 지원을 받아 수행됐다.
윤경식 기자 ksyoon1102@cctoday.co.kr