고온 열전에너지 변환용 산화물 재료

전문가 제언

○ 어떠한 재료에서 온도의 차이에 의해 전위를 생성하거나 전위에 의해 온도의 차이를 생성하는 현상을 열전효과(thermoelectric effect)라 한다. 이를 이용한 열전발전은 산업 시설이나 자동차 등에서 발생하는 폐열에서 에너지를 회수하고 태양열, 지열 등의 자연에너지원을 이용하여 전기를 생산함으로써 시스템의 효율 향상 및 저탄소화에 기여할 수 있다.

○ 열전재료의 성능을 평가하는 기준은 무단위의 성능지수 ZT=(σS2/k)T로 주어진다(σ는 전기전도도, S는 제벡 계수, k는 열전도도, T는 온도). 열전도도는 전자에 의한 전도도와 포논에 의한 전도도의 합이다. 비데만-프란츠 법칙에 따라 전기전도도가 높을수록 전자에 의한 열전도도가 증가하므로 포논에 의한 열전도도를 최소화하는 것이 필요하다. 성능지수 향상을 위해서는 열전도에 관여하는 포논들이 원활히 산란하여 열전도도를 감소시키도록 해야 한다.

○ 열전재료에는 상온 열전소자에 적합한 Bi2Te3나 Bi2Se3와 같은 비스무트 칼코게나이드(chalcogenide), 무기 포접화합물(clathrates), 텔루르화 납, 마그네슘 IV족 화합물, 규소화합물, 방코발트광(skutterudite) 열전재료, 고온 발전에 유용한 반금속 호이슬러 합금(half-Heusler alloys), 산화물 열전재료, 도전성 유기재료 등이 있다. 본고에서는 독성이 없고 산화에 강하며 고온 열전소자용으로 유망한 산화물 열전재료에 대해 기술한다.

○ 열전소재 연구는 상당 기간 침체되었으나 1990년대 초에 나노구조를 통해 성능지수를 크게 향상시킬 수 있는 가능성이 제시된 이후 연구가 활발해졌다. 미국, 일본, 유럽, 러시아 등과 같은 기술선진국을 중심으로 열전발전의 실용화를 위한 노력이 이루어지고 있다. 국내에서는 한국전기연구원, 한국세라믹기술원, 한국기계연구원 등이 여러 대학과 함께 열전소재를 개발하고 있고 현대자동차, 삼성전자, 삼성전기, LG화학 등의 대기업들도 연구개발에 매진하고 있어 기술적으로 한 단계 도약할 수 있을 것으로 기대한다.

저자

Jeffrey W. Fergus

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

전기·전자

연도

2012

권(호)

32

잡지명

Journal of the European Ceramic Society

과학기술
표준분류

전기·전자

페이지

525~540

분석자

송*택

분석물

• 고온 열전에너지 변환용 산화물 재료.pdf [325,301 byte]

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