마찰대전 전계효과 의한 BiSbTe 열전 소자 출력 세계 최고 달성

성균관대(총장 신동렬)는 백정민 신소재공학부 교수 연구팀이 손재성 UNIST(울산과학기술원) 신소재공학과 교수 연구팀과 함께 기존 열전 소재의 특성 향상 없이 출력 파워를 크게 높이는 새로운 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

지금까지는 에너지 변환효율을 높이기 위해 Bi2Te3, SnSe, PbTe 등 열전소재의 제백 계수, 열전도도, 전기전도도 등의 특성 향상에 집중했으나, 여전히 매우 낮은 출력 전압으로 인해 상용화에 어려움이 있었다.

위의 한계를 돌파하고자, 연구팀은 상온에서 ZT(열전성능지수) 값이 가장 높은 BiSbTe 기반 열전 소자의 저온부에 마찰대전 효과로 음전하를 갖는 폴리이미드 계열의 폴리머 층을 생성했다.

그 결과 출력 파워가 2배 이상 증가했으며, 세계 최고의 출력 전압(기존보다 50% 증가)을 달성했다.

또한 바람개비 모양으로 제작된 쿨러 시스템 내부에서 금속과의 마찰이 이뤄지고 외부의 바람을 이용하기에 추가적인 에너지가 필요치 않으며, 마찰에 의한 소재 양단의 온도차에도 영향이 없었다.

백정민 교수는 "본 연구는 기존의 물리적 융합이 아닌 새로운 방식의 에너지 융합연구로 열전 에너지 하베스팅의 한계점을 극복하기 위한 새로운 방향성을 제시할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

연구팀은 이미 관련 특허 2건을 출원했으며, 비접촉 방식의 열전에너지 하베스팅 연구를 통해 상용화에 이르는 기술을 개발 중이다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업 및 기초연구실 사업의 지원으로 수행됐으며, 에너지 분야 세계적 권위지인 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters, IF: 19.003, JCR Ranking: 1.852 %)에 2월 게재됐다.