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열 나는 곳 붙이면 전기 생산하는 스펀지

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열 나는 곳 붙이면 전기 생산하는 스펀지

2020.09.07 15:58
화학연, 스펀지형 열전소재 개발
한국화학연구원 제공
조성윤 한국화학연구원 화학소재연구본부 책임연구원 연구팀은 열을 내는 물체의 형태와 관계없이 어디든 붙일 수 있는 스펀지형 열전소재를 개발했다. 한국화학연구원 제공

열이 있는 곳 어디에나 자유롭게 붙여 열을 에너지로 바꿀 수 있는 스펀지 형태의 열전소재가 개발됐다.

 

조성윤 한국화학연구원 화학소재연구본부 책임연구원 연구팀은 열을 내는 물체의 형태와 관계없이 어디든 붙일 수 있는 스펀지형 열전소재를 개발하는 데 성공했다고 이달 7일 밝혔다.

 

열전소재는 온도 차이를 전기로 바꿔주는 소재다. 온도 차이가 나는 곳에 소재를 붙이면 전기를 만드는 데 활용할 수 있다. 예를 들어 발전소 굴뚝에 열전소재를 붙이면 굴뚝 안쪽 150도 고온과 바깥 상온의 온도 차로 전기가 만들어지는 식이다.

 

열전소재는 보통 단단한 무기 소재로 만들어져 유연하지 않았다. 이를 대체할 소재로 전기전도도가 높고 강도가 강한 탄소나노튜브가 주목받은 가운데 연구팀은 지난해 탄소나노튜브로 구부러진 곳에도 붙일 수 있는 유연한 열전소재를 만드는 데 성공했다. 하지만 소재 자체가 완전히 유연한 것은 아니었고 압력을 가하면 부서지는 문제도 있었다.

 

연구팀은 스펀지에 열전 기능이 있는 탄소나노튜브 용액을 코팅하는 기술을 개발했다. 탄소나노튜브를 고르게 퍼트린 용매를 스펀지에 뿌린 후 용매를 빠르게 증발시키는 방법이다. 모양을 만드는 틀 없이 스펀지만 이용하면 열전소재를 만들 수 있다.

 

조 책임연구원은 “지금까지 개발된 유연한 열전소재는 지지체나 전극의 유연성을 이용한 것”이라며 “소재 자체가 유연한 건 스펀지형 열전소재가 처음이고 제조방법도 간단해 대량생산이 가능하다”고 말했다.

 

스펀지형 열전소재는 전기적 특성과 스펀지 고유의 성질을 그대로 유지했다. 열전소재를 압축하고 복원하는 과정을 1만 번 반복해도 형태와 전기적 특성이 그대로 유지됐다. 압축 전에는 1옴(저항의 단위), 압축 후에는 0.3옴을 유지했다. 연구팀은 “스펀지에 기공이 많아 변형에 강하기 때문”이라고 설명했다. 여기에 스펀지의 탄성 때문에 열전소재를 압축할 수 있어 발전량이 최대 10배까지 늘어나는 현상도 확인됐다.

 

연구팀은 자동차에서 나오는 폐열이나 온천수를 이용하기 위해 개발한 스펀지형 열전소재 발전기 시제품을 실험하고 있다. 연구 1저자인 김정원 화학연 연구원은 “스펀지의 압축되고 복원되는 탄성을 활용해 몸에 부착하는 웨어러블 기기에 적용할 수 있을 뿐 아니라 우수한 기계적 성질이 요구되는 자동차 등에도 다양하게 응용할 수 있다”고 말했다.

 

연구결과는 국제학술지 ‘나노 에너지’ 8월호에 실렸다.

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