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IBS, 저렴한 친환경·고성능 열전소재 제조 기술 개발

[대전세종충남=아시아뉴스통신] 이기종기자 송고시간 2019-03-20 09:17

비싼 가격으로 인해 상용화가 어려웠던 친환경·고성능 열전소재를 더 저렴하게 고성능으로 제조할 수 있는 기술을 개발한 나노입자 연구단 연구는 ‘셀(Cell)’의 자매지인 ‘줄(Joule)’에 3월 20일 게재됐다.(자료제공=IBS)

기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단이 그간 비싼 가격으로 인해 상용화가 어려웠던 친환경·고성능 열전소재를 더 저렴하게 고성능으로 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
 
열전소재는 열에너지를 전기에너지로 또는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 장치다.
 
이 열전소재의 효율은 열전도도와 전기전도도에 의해 결정되는데, 전기전도도가 높을수록, 열전도도가 낮을수록 성능이 우수한 소재가 된다.
 
그러나 문제는 단결정 셀레늄화주석이 제조가 까다롭고 오래 걸려 대량 생산이 어렵고, 쉽게 부러지는 특성이 있어 사실상 상용화가 불가능하다는 점이다.
 
이 때문에 단결정 시료에 견줄만한 성능을 가진 다결정 셀레늄화주석을 개발하려는 연구가 이뤄졌지만, 단결정 대비 30% 이하의 열전성능지수를 나타내 성능이 현저히 떨어진다는 한계가 있었다.
 
이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 나노미터(nm) 수준에서 시료를 관찰할 수 있는 ‘구면수차 보정 주사 투과전자현미경(Aberration-corrected Transmission Electron Microscopy)’을 이용해 성능 저하의 원인을 규명하고 산화주석 나노입자를 효과적으로 제거하기 위한 방법을 개발했다.
 
이 연구과정에서 연구진이 셀레늄화주석 분말을 나노크기로 분쇄(볼밀공정)한 후 저농도 수소 가스를 높은 온도에서 흘려 문제가 되는 산화주석을 간단하게 제거했다.
 
연구결과에 의하면, 다결정 셀레늄화주석의 열전도도를 45% 가량 낮춰 단결정 수준으로 만들 수 있었다.

특히 불순물로 작용하던 산화주석 나노입자가 사라져 전기전도도 역시 향상되었고 개발된 다결정 열전소재의 열전 성능지수는 2.5 이상을 기록했다.
 
정인 교수는 “친환경․고성능 열전소재인 셀레늄화주석을 단결정 분말로 저렴하게 만들어 활용할 수 있는 길을 연 것”이라며 “가격과 성능의 한계로 제한적인 분야에서만 활용된 열전발전기술이 이번 연구를 통해 상용화에 한걸음 가까워졌다”고 말했다.
 
이번 연구는 ‘셀(Cell)’의 자매지인 ‘줄(Joule)’에 3월 20일 게재됐다.



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