[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국에너지기술연구원은 분리변환소재연구실 박상현 박사팀이 개발한 고성능 중온 열전소자 기술이 에너지 분야 국제학술지 ‘어플라이드 에너지 머티리얼즈’에 게재됐다고 19일 밝혔다.
열전소자는 열에너지를 전기로 변환하는 에너지 소자로, 열을 가하면 전기를 생성하고 전기를 가하면 흡열 반응을 하는 특성을 갖고 있어 온도계나 냉각 장치 등에 사용되고 있다. 이 중 발전 동작온도가 400~600℃인 중온 열전소자는 자동차 폐열 회수, 우주탐사선 전력용 등 다양한 신규 열 활용 발전분야에 적용할 수 있어 주목받고 있는 기술이다. 하지만 아직까지 낮은 발전 효율이 현장 적용을 늦추는 요인으로 작용한다.
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| 한국에너지연구원 박상현 박사팀이 개발한 중온열전소자[제공=한국에너지기술연구원] |
연구팀은 대표적인 중온 열전소자인 스쿠테루다이트 열전소자를 구성하는 금속화층으로 철-니켈(Fe-Ni)층을 개발하고 적용함으로써 기존 기술 대비 개선된 장기 신뢰성과 높은 출력밀도 두 가지 특성을 동시에 확보했다.
중온 열전소자는 크게 열을 받아 전기를 생산하는 열전소재 부분과 열전소재들을 배열하고 고정시켜주는 기판부로 나뉜다. 열전소재와 기판부를 연결하기 위해서는 다양한 추가 기능층이 필요한데, 이 중 열전소재 표면에 접합된 금속화층은 두 파트가 원활하게 연결될 수 있도록 유도하는 기능을 한다.
이 금속화층은 고온에서 열전소재, 혹은 기판물질이 서로 확산돼 열화되는 것을 막아주는 역할을 하는데, 스쿠테루다이트 열전소자에 일반적으로 사용되는 티타늄(Ti) 금속화층은 확산을 방지하는 기능이 부족해 소자를 장시간 사용하지 못했다.
연구팀은 티타늄 금속화층을 대체하는 철-니켈 금속화층을 개발해 확산방지 성능을 대폭 개선했다. 또 열전변환 출력밀도 2.1W/cm2를 기록, 기존 기술 대비 20% 향상된 수준의 성능을 구현했다.
박상현 박사는 “이번에 개발한 기술은 세계최고 수준의 열전발전 관련 소자기술을 확보한 것”이라며 “개발된 소자가 고온에서 오랜 기간 작동하더라도 성능 저하를 최소화할 수 있도록 하고, 이를 통해 개발된 중고온용 열전소자가 다양한 열 관련 발전분야에 적용될 수 있는 가능성이 커질 것”이라고 밝혔다.
nbgkoo@heraldcorp.com
