폐열의 재활용을 위한 새로운 열전기 복합소재

전문가 제언

○ 열전기 장치는 양단에 온도 차이가 있을 때 기전력을 발생시키는 Seebeck 효과라 불리는 열전기 효과를 이용하는 것이다. 역으로 이 장치에 전압을 가하면 양단에 온도 차이가 발생하며, 이것은 Peltier 효과라 불린다. 따라서 이 장치는 발전기로도 쓰일 수 있고, 냉각장치나 가열장치로도 쓰일 수 있는 등 다양한 용도를 가지고 있다.

○ Seebeck 계수 S의 값으로 대표되는 열기전력은 소재의 온도와 결정구조에 의해 결정된다. 도핑된 반도체는 S의 값이 금속에 비해 매우 크므로 발전 장치에 이용된다. 이 S의 값은 성능지수 ZT에 직접적 영향을 미치는데, 일반적으로 ZT 값은 ~1 정도이며 과거 30년 동안 이 벽을 넘지 못하였다.

○ ZT를 증가시키기 위해서는 S값과 전기전도도를 증가시킴과 동시에 열전도율을 감소시켜야 한다. 최근 개발된 나노 구조의 새로운 복합소재는 기존의 벌크 소재의 한계를 벗어나 전기전도도와 열전도율을 독립적으로 제어하는 것을 가능하게 만들었다. 용해 주조에 의한 직접적인 벌크 소재의 제조 대신 나노 구조의 분말로부터 시작하는 분말야금법이기 때문에 벌크 소재로 전환된 후에도 원래의 나노 구조를 유지하게 된다.

○ 실용적이고 경제적인 열전기 장치에 요구되는 ZT값은 1.5 이상인데, 나노 구조의 벌크 복합소재의 ZT값은 그에 매우 근접하고 있어 상당히 고무적이다. 그러나 실험실적 단계를 겨우 벗어나 벤치 스케일로 업그레이드 된 상태이므로 아직은 갈 길이 멀다고 할 수 있다.

○ 열전기 장치는 현재 심우주 탐사장치나 지구의 벽지와의 통신에 응용되고 있고, 자동차의 폐열을 전기에너지로 전환하여 다시 사용하는 시도도 이루어지고 있다. 그러나 앞으로 더욱 성능이 뛰어난 신소재가 개발될 경우 산업용 폐열의 이용에까지 광범하게 이용될 가능성이 있으므로 그린 에너지를 추구하는 현 실정에 매우 잘 부합되는 연구 분야라 할 수 있다.

저자

M. S. Dresselhaus, G. Chen, Z. F. Ren, G. Dresselhaus, A. Henry, and J.-P. Fleurial

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2009

권(호)

61(4)

잡지명

JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society

과학기술
표준분류

재료

페이지

86~90

분석자

심*주

분석물

• 폐열의 재활용을 위한 새로운 열전기 복합소재.pdf [357,642 byte]

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