Heusler화합물 열전재료의 개발과 열전발전 응용

전문가 제언

○ 에너지의 효율적 이용과 온난화가스의 배출억제에 기여하는 에너지 기술의 하나로서 열전반도체 재료의 Seebeck효과를 이용하는 열전발전(thermoelectric generation)이 주목되고 있다. 열전발전장치는 작동부분이 없어 구조가 매우 간단하고 각종 열기관의 배기열과 발전소나 공장폐열을 유효하게 회수할 수 있어 녹색에너지 기술로서 매우 유망하다.

○ 현재 실용되고 있는 열전재료에는 Bi-Te계(저온용), Pb-Te계(중온용), Si-Ge계(고온용)가 있으며 이들에 의한 열전발전기가 인공위성용 전원, 통신기지국 전원, 벽지전원 등에 이용되고 있다. 그러나 열→전기 변환효율의 척도가 되는 재료의 성능지수(ZT)는 1.0을 넘지 못하고 있어 열전발전의 보급에는 재료성능의 향상이 최대의 관건이 되고 있다.

○ ZT값이 1.0을 넘는 새로운 고성능 재료로서 Skutterudite계(RXCoSb3), β-Zn4Sb3계, Half-Heusler계(Hf-Ni-Sn), Clathrate화합물(Ba-Ga-Ge), 층상의 Co화합물(NaCo2O4), Ti산화물 등이 보고되고 있다. 그러나 아직 실험실 수준의 연구단계에 있으므로 이들 재료의 실용화에는 고온안전성, 재료성능의 신뢰성, 가격문제 등에 대한 검증이 요망된다.

○ 본고에서 소개하고 있는 Fe2VAl계 Heusler화합물은 재료가 저렴하고 제조가 용이한 장점이 있으나 재료의 성능지수(ZT)는 300K에서 0.26 정도로 실용재료인 Bi2Te3계의 1/4에 불과하다. ZT의 향상에는 분말소결에 의한 열전도율의 저하가 유효함을 제안하고 있으나 이 경우에는 전기저항의 증가가 예상되므로 이에 대한 면밀한 검토가 필요하다.

○ 국내의 경우 1980년대부터 KIST를 중심으로 열전재료에 관한 연구가 수행되어 왔으며 근래에는 제26차 국제열전학술대회(ICT 2007)가 국내에 유치될 정도로 연구가 활성화되고 있다. 그러나 국내의 연구는 재료과학적 입장에서의 특성연구에 집중되고 있어 실용화의 관점에서는 고성능 재료개발, p-n소자의 모듈화기술, 열전발전 시스템을 포함하는 종합적 연구가 필요하다.

저자

Yoichi Nishino

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2010

권(호)

57(4)

잡지명

粉體およぴ粉末冶金

과학기술
표준분류

재료

페이지

201~206

분석자

심*동

분석물

• Heusler화합물 열전재료의 개발과 열전발전 응용.pdf [383,772 byte]

이미지변환중입니다.