방향 성장과 어닐링에 의해 성능이 향상된 Bi2-xPbxBa2Co2Oy 열전세라믹스

전문가 제언

○ 열전(TE: Thermoelectric) 에너지변환기술이 폐열 하베스팅의 기술로써 주목을 받게 됨으로써 고온의 폐열을 발생하는 발전, 자동차, 소각장, 제철 등의 다양한 산업에 응용하려는 기술 개발이 진행되고 있다. 그러나 전통적으로 활용되는 금속간화합물이나 반도체를 이용해 제작되는 TE 소자는 높은 비용과 비교적 낮은 작동 온도, 더욱이 환경에 유해한 원소들을 사용함으로 응용에는 실질적인 한계가 있다.

 

○ 층상 전이금속 산화물계의 세라믹스가 고온에서 무차원 성능지수 ZT 값을 높일 수 있음이 알려짐에 따라, 열전 성능을 향상시키려는 시도들이 최근에 관심을 받고 있다. 따라서 본고는 Bi2Ba2Co2Oy 열전재료에서 Bi를 Pb로 치환하고 레이저 플로팅존 용융법을 활용하여 결정립을 정렬시키고, 어닐링을 통하여 열전 특성을 향상시켰음을 소개하였다. 0.2Pb 도핑시료는 650℃에서 최대 ZT가 0.53으로, 고상 소결된 무도핑 재료에 비해 2배 정도 높다.

 

○ 고온에서 우수한 열전 특성이 1997년에 NaxCoO2에서 발견되고, 2010년대에 들어와 Bi2Ca2Co2Oy, Bi2Sr2Co2Oy, Bi2Ba2Co2Oy, Ca3Co4O9과 같은 층상 구조를 가진 친환경적이고 저가인 전이금속 산화물계의 재료들이 발견되었다. 최근에는 도핑과 합성 방법 등의 변화를 통하여 미세구조를 변화시켜 재료의 성능을 향상시키려는 시도들이 많이 이루어지고 있다. 특히 발전과 자동차에 적용을 목표로 이들 재료에 대한 연구가 미국, 일본, 독일에서 활발하다.

 

○ 한국은 연구소, 대학, 기업들이 열전재료에 관심을 갖고 기술개발에 참여하고 있다. 열전 소재 및 모듈의 상용화 기술과 함께 원천 기술 개발이 2009년부터 본격적으로 이루어져, 출력 ～10kW/m2의 중？고온용 모듈까지 개발한 단계이다. 하지만 산화물계 재료에 대해서는 기초적 합성 연구는 있었지만, 활발하지는 않다. IDTechEx 추산에 의하면 세계 열전에너지 하베스팅 시장이 2022년에 746백만 달러에 이를 것이라는 보고가 있듯이 기술 개발이 적극적으로 이루어질 필요가 있다.

저자

M.A. Madre, F.M. Costa, N.M. Ferreira, S.I.R. Costa, S. Rasekh, M.A. Torres, J.C. Diez, V.S. Amaral, J.S. Amaral, A. Sotelo

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

36()

잡지명

Journal of the European ceramic society

과학기술
표준분류

재료

페이지

67~74

분석자

정*생

분석물

• 방향 성장과 어닐링에 의해 성능이 향상된 Bi2-xPbxBa2Co2Oy 열전세라믹스.pdf [469,320 byte]

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