IBS, 성능저하 원인 규명 , 열전발전기술 경제성 확보
신재생 에너지원으로 주목받는 열전소재의 상용화를 앞당길 핵심기술이 개발됐다.
기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 정인 연구위원 팀은 그간 비싼 가격으로 인해 상용화가 어려웠던 친환경·고성능 열전소재를 더 저렴하게 고성능으로 제조할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다.
정인 연구위원 팀은 나노미터(1㎚=10억 분의 1m) 수준에서 시료를 관찰할 수 있는 ‘구면수차 보정 주사 투과전자현미경’을 이용, 성능 저하의 원인을 밝혀냈다. 그 결과, 산소 노출을 현저히 제한한 환경에서 합성한 다결정 셀레늄화주석 조차 시료 안에 극소량의 산화주석 나노입자가 존재함을 관찰했다. 산화주석은 셀레늄화주석보다 열전도도가 140배 가량 높은 물질이다.
이 특성이 소재 전체의 열전도도를 향상시켜 열전성능을 크게 저해한 것이다. 이어 연구팀은 산화주석 나노입자를 효과적으로 제거하기 위한 방법도 개발했다. 연구진이 셀레늄화주석 분말을 나노크기로 분쇄한 후, 저농도 수소 가스를 높은 온도에서 흘려 문제가 되는 산화주석을 간단하게 제거했다. 그 결과 연구진은 다결정 셀레늄화주석의 열전도도를 45% 가량 낮춰 단결정 수준으로 만들 수 있었다.
불순물로 작용하던 산화주석 나노입자가 사라져 전기전도도 역시 향상됐다. 최종적으로 개발된 다결정 열전소재의 열전성능지수는 2.5 이상을 기록했다. 이는 동일한 작동온도에서 기존 단결정 셀레늄화주석 열전소재에 버금가는 성능이며, 보고된 모든 다결정 소재 중 가장 우수한 성능이다. 이번 연구 성과는 셀 자매지인 줄에 20일 자 최신호에 실렸다.
강정의 기자 justice@ggilbo.com
강정의 기자
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