한국에너지기술연구원은 19일 세계 최고수준의 출력밀도 특성을 보유하는 고성능 중온 열전소자를 개발했다고 밝혔다.

열전소자는 열에너지를 전기로 변환하는 에너지 소자다. 열을 가하면 전기를 만들고, 전기를 가하면 흡열 반응을 하는 특성이 있다.

이 중 발전 동작 온도가 400∼600도 정도인 중온 열전소자는 자동차 폐열 회수나 우주탐사선 전력용 등에 적용할 수 있다.

▲ 한국에너지기술연구원에서 개발한 스쿠테루다이트 중온 열전소자

다만 현재로썬 발전 효율이 낮아서 현장 적용에 한계가 있다.

연구원은 스쿠테루다이트(skutterudite) 열전소자를 구성하는 금속화 층으로 티타늄 대신 철-니켈층을 구현했다.

대표적인 중온 열전소자인 스쿠테루다이트는 다른 경쟁 소재와 비교해 우수한 경제성을 가지고 있다. 기술 실용화에 가장 근접한다는 평가도 받는다.

열전소재와 기판 부를 연결하기 위해선 다양한 추가 기능 층이 필요한데, 이 중 금속화 층은 열전소재 표면에 접합해 두 파트를 원활하게 연결하는 기능을 한다.

연구팀은 현재까지 보고된 결과보다 개선된 신뢰성과 높은 출력밀도 등 두 가지 특성을 동시에 확보했다.

열전변환 출력밀도의 경우엔 1㎠당 2.1W를 기록해 기존 기술보다 20％가량 향상했다.

이는 세계 최고 수준이라고 연구원 측은 설명했다.

논문 제1 저자인 박상현 한국에너지기술연구원 책임연구원은 "단순히 출력특성을 높이는 수준을 넘어 철-니켈이라는 신규 기능 층 적용의 가능성을 열었다"며 "이를 통해 개발된 열전소자를 다양한 열 관련 발전분야에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

연구는 한국에너지기술연구원 계면 확산 방지형 중온 열전 모듈 개발 연구과제의 하나로 진행했다. 국내·외 특허 출원도 마쳤다.

성과를 담은 논문은 '어플라이드 에너지 머티리얼즈'(Applied Energy Materials)에 실렸다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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