국내 연구진이 세계 최고 수준 성능과 신뢰성을 갖춘 중온 열전소자 제조기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원(원장 곽병성)은 스쿠테루다이트 중온 열전소자에 쓰이는 새로운 철-니켈 기반 금속화층으로 전체 소자의 성능을 높이는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

중온 열전소자는 400~600도 환경에서 열에너지를 전기로 변환하는 에너지 소자다. 열을 가하면 전기를 생산하고, 전기를 가하면 열을 빨아들이는 특성을 가진다.

기존 스쿠테루다이트계 물질 기반 소자는 소자와 기판부를 연결하는 중간 '금속화층'이 제 역할을 하지 못해 충분한 출력밀도(단위 당 전기에너지)를 확보하지 못했다. 티타늄 금속화층 저항 값이 커 출력밀도를 저해, 상용화가 어려웠다.

티타늄 금속화층은 소자의 신뢰성 문제도 야기한다. 금속화층 열전소재나 기판물질 안의 원소가 흐트러지는 것을 막는데, 기존 티타늄 금속화층은 이런 기능이 없다. 열전소재, 기판물질의 원소 배열이 흐트러지면 전체 소자의 성능이 급감한다.

연구팀은 새로운 철-니켈 금속화층으로 이런 문제를 해결했다. 전류 펄스와 압력으로 금속을 결합하는 '스파크 플라즈마 소결(SPS)' 공정으로 금속화층의 내부 배열을 치밀하게 구성, 저항을 낮췄다. 새로운 금속화층을 적용한 소자의 열전변환 출력밀도는 ㎠당 2.1와트(W)다. 티타늄 금속화층을 썼을 때보다 20% 이상 높은 성능을 낸다.

철-니켈 금속화층은 소자의 신뢰성 확보에도 도움을 준다. 열전소재, 기판물질 내 원소를 잡아주는 역할을 해 소자 성능을 오래 유지하게 한다.

논문 주저자인 박상현 박사는 “세계 최고 수준의 열전발전관련 소자기술을 확보했다”며 “열전소자를 활용하는 발전시스템까지 연구의 폭을 넓혀 실제 산업 적용 가능성을 높일 것”이라고 말했다.

출처 : http://www.etnews.com/20180419000241