열전변환 세라믹 재료 개발

전문가 제언

○ 폐열은 여러 장소에서 발생한다. 가장 많은 것이 각종 공업로, 산업폐열이며 전체의 약 45%, 운송분야 25%, 주택 등의 민생분야에서 30%의 폐열이 발생한다. 그러나 대부분은 200℃ 이하로 온도가 낮아 지금까지의 에너지 변환기술에서는 이용이 어려운 문제가 있었다.

○ 열전발전은 열전 변환재료에 온도차를 부여하여 전력을 얻는 방법으로 p형과 n형의 열전재료를 직렬로 접속한 전기회로로 되어 있다. 폐열을 이용하여 한쪽의 온도를 올려 전력을 얻을 수 있으며, 에너지를 회수하여 재이용이 가능하게 된다.

○ 열전효과는 1821년 Thomas Seebeck에 의해 발견되었으며, 1950년대 반도체 재료의 발견과 함께 산업에 널리 적용되는 기술로 발전하여 왔다. 가장 광범위하게 사용되는 물질은 Bi2Te3을 이용한 열전재료이다. 지금까지 Bi-Te계 재료에 관해서 활발한 연구가 진행되고 있으며, 수% 정도의 변환효율을 가진 장치가 개발되고 있다.

○ 비스무트 텔루르는 실온~150℃에서 최고 성능을 나타내나 유독성, 부존자원 문제, 비용, 중량 등의 결점이 열전변환 재료로 실용화와 보급에 문제가 되고 있다. 따라서 이에 대한 대체 재료가 탐색되어, 중온(500-800K)~고온(>800K)에서 비스무트 텔루르를 추월하는 새로운 재료가 보고되고 있다.

○ 이 문헌에서는 새로운 재료로 SrTiO3(STO)의 벌크 결정을 들고 있으며, 이에 대한 나노입자화와 양자 폐쇄효과에 의한 출력인자의 증대를 시도하고 있다. 또한 주목하는 물질은 금속 황화물 TiS2이며, 이에 대해 설명하고 있다.

○ 특히 나노기술과 관련된 고성능 열전재료 개발은 미국, 일본을 중심으로 이론적인 가설에 대해 실험적인 검증이 활발히 진행되고 있다. ZT값이 2인 열전소자가 개발될 경우 시장규모는 수십억 달러에 이를 것으로 예측하고 있다. 국내는 대그룹과 에너지기술연구소를 비롯한 국공립연구소에서 연구를 하고 있다. 실리콘 공정 기반이 충실한 우리나라 경우 열전소자 분야에서 좋은 기회를 마련할 수 있을 것으로 본다.

저자

Kunihito,

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2010

권(호)

45(7)

잡지명

セラミックス

과학기술
표준분류

재료

페이지

533~537

분석자

김*환

분석물

• 열전변환 세라믹 재료 개발.pdf [389,008 byte]

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