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클라스레이트(clathrate) 화합물계 열전소자

전문가 제언: ○ 근년 폐열은 물론 지열이나 태양열과 같은 자연에너지를 이용하는 열전발전이 주목되고 있다. 열전재료는 이와 같은 폐열을 이용하여 공해물질의 배출 없이 전력으로 변환하는 열전발전은 물론 마이크로프로세서의 냉각용도로도 이용된다. 그러나 열전재료의 저효율과 고비용으로 인해서 열전발전의 광범위한 사용에 제한이 따르므로 효율적이고 저가의 열전재료 개발이 매우 중요하다. 이에 따라 최근 열전재료의 개발은 나노구조화 방향으로의 추진이 주류로 되고 있다.

○ 이 글은 종래 열전변환재료의 무차원 성능지수(ZT)가 낮은 값이 형성되는 온도에서의 향상을 도모하기 위해 안전한 원소로 구성된 금속 간의 클라스레이트인 Ba8Ga16Sn30을 이용하고 캐리어 제어와 다양한 원소를 이용한 부분치환을 실행함으로써 p형과 n형의 양쪽 모두 ZT가 1.0을 초과하는 것을 시연했다. 따라서 이 물질은 폐열의 대부분을 차지하는 400℃ 이하의 폐열을 이용하여 열전발전이 가능한 유망한 재료인 것으로 기대된다.

○ 국내의 열전재료 연구는 1980년대 중반에 KIST에서 시작되어 1990년대 말경부터 출연연구소, 대학, 기업 등으로 확산되었다. 최근에는 새로운 열전재료의 개발, 제조기술, 모듈화방법 등에 관한 연구가 다각적으로 전개되고 있다. 현재 열전소자나 모듈은 정수기, 냉장고, 에어컨 등 주로 냉각용도로 사용되고 있으며 재료개발이나 제조에 관한 기술은 매우 취약한 실정이다.

○ 향후 실용적 관점에서 무기 및 고분자 열전재료의 개선을 위해서는 무기유기 복합재료에 관한 연구가 많이 이루어질 것으로 예상된다. 이러한 복합재료는 양호한 전기전도도를 가진 무기재료의 특성과 열전도도가 낮은 유기재료의 특성을 융합한다는 의미에서 중요하다. 에너지 효율을 향상시키고 신재생에너지 활용을 위한 열전에너지 전환기술은 열전소자의 비용대비 성능효율을 획기적으로 향상시킬 필요가 있다.

저자: T. Takabatake
자료유형: 학술정보