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폐열도 에너지로 바꾼다… 세계 최고 효율 열전소자 개발

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2018년 04월 19일 15:20 프린트하기

 

열전소자는 열을 가하면 전기를 일으키는 성질을 가진 소재를 말한다. 미래형 에너지 개발의 단초가 될 것으로 기대되나, 효율이 낮아 사용 분야가 제한적이었다. 

 

한국에너지기술연구원(에너지연) 박상현 책임연구원 팀은 기존 열전소자보다 효율이 20% 이상 높은 새로운 열전소자를 개발했다고 19일 밝혔다. 폐열로도 전기를 만들 수 있어  공장, 발전소 등의 에너지효율을 크게 높이리란 기대다.

 

연구진은 발전 동작온도가 섭씨 400~600도 정도인 ‘중온 열전소자’에 주목했다. 열 활용 발전 분야에 다양하게 적용할 수 있어 주목받고 있지만, 발전 효율이 낮아 현장 적용이 늦어졌다. 

 

에너지연 연구진은 대표적 중온 열전소자인 ‘스쿠테루다이트(skutterudite)’를 철-니켈(Fe-Ni) 합금과 혼합하는 방식을 개발했다. 실험 결과 기존 기술보다 신뢰성이 개선되고 발전효율도 20% 이상 높았다. 지금까지 개발된 중온 열전소자 중 세계 최고 수준이다. 

한국에너지기술연구원이 개발한 중온열전모듈의 출력 특성
한국에너지기술연구원이 개발한 중온열전모듈의 출력 특성. 한국에너지기술연구원 제공.

이 소재는 공장이나 발전소 폐열 이용은 물론, 응용하기에 따라 하이브리드 자동차에서 폐열을 전기로 바꿔 발전효율을 높이거나, 핵전지로 전기를 만드는 우주탐사선 등에도 적용 가능하다. 

 

박상현 연구원은 “세계 최고 수준의 열전발전 관련 소자기술을 확보한 데 의의가 크다”며 “단순히 출력특성을 높이는 수준을 넘어서 안정성 역시 확보해 열 관련 발전분야 적용 가능성을 극대화했다”고 밝혔다.

 

이 연구는 미국화학회가 발행하는 에너지분야 학술지 ‘어플라이드 에너지 머티리얼즈(Applied Energy Materials)’ 3월호에 게재됐다.

 

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