한밭대 "오민욱 교수 연구팀, '가오리 구조' 텔루륨 결정으로 고효율 열전소재 개발"

이석균 부장 | 기사입력 2023/01/19 [15:41]

한밭대 "오민욱 교수 연구팀, '가오리 구조' 텔루륨 결정으로 고효율 열전소재 개발"

이석균 부장 | 입력 : 2023/01/19 [15:41]
 

오민욱 교수 연구팀. 사진=한밭대학교

 

[이코노믹포스트=이석균 부장] 국립 한밭대학교(총장 오용준) 신소재공학과 오민욱 교수 연구팀은 회오리 형태로 회전하는 구조를 가지는 텔루륨 결정을 이용해 기존 기록보다 약 30%가량 성능이 높은 고효율 열전소재를 개발했다고 19일 밝혔다.
 
열전소재란 차량이나 선박, 공장 등에서 버려지는 열을 회수해 전기 에너지로 변환할 수 있는 물질로 친환경적으로 전력을 생산할 수 있는 차세대 에너지 변환 기술로서 주목받고 있다.
 
하지만 열전소재의 효율은 다른 에너지 변환 소재들보다 낮기 때문에 타 소재 대비 경쟁력을 높이기 위한 성능 향상이 필수적이나, 이는 마치 전기가 잘 흐르는 스티로폼을 개발하는 것만큼이나 어렵기 때문에 열전소재의 성능은 오랜 연구에도 불구하고 쉽게 개선되지 않았다.
 
오 교수 연구팀은 열전소재의 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘회전’의 개념을 열전소재 설계에 최초로 도입했으며, 텔루륨은 결정 성장 시 불순물 함유량에 따라 특정 방향으로 회전하며 정렬하는 성질이 있고, 이 회전축이 전기를 흐르게 하는 통로로 작용함과 동시에 열전달을 막는 데 효과적인 구조라는 것을 최초로 발견했다.
 
회오리가 회전하는 모습과도 유사한 텔루륨의 미세구조를 실험적으로 관찰하기 위해 연구팀은 2차원 검출기가 설치된 4축 X선 회절 분석기와 주사형 투과전자현미경 및 원형편광이색성 분광기 등 최신 소재 분석 장비를 활용했다.
 
또한, 회전축과 수직인 방향으로 성능을 측정하면 효율이 대폭 감소하는 것으로 보아 텔루륨 결정에서 회전하는 미세구조가 열전 성능 향상에 중요한 요소임을 확인했다.
 
연구를 주도한 한밭대 오민욱 교수는 “현재까지 열전소재 개발은 열 전도도 저감 시에 전기적 물성의 저하도 일어나는 트레이드 오프(Trade-off)의 딜레마를 피할 수 없었는데, 이번 연구결과는 미세구조 제어를 통해 이러한 문제를 해결할 수 있는 실마리를 제공했다는 것에 그 의미가 있다”고 말했다.
 
한편, 한밭대 신소재공학과 애비 스탠리 박사과정과 KAIST 신소재공학과 장한휘 박사과정이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부의 미래소재 디스커버리 사업 지원을 받았으며,  에너지 분야 최상위급 국제학술지 ‘Energy & Environmental Science’(인용지수: 39.714) 후면 표지 논문으로 지난 18일자 게재됐다. EP
 
lsg@economicpost.co.kr
이코노믹포스트 이석균 부장입니다.
 
  • 도배방지 이미지

한밭대학교 관련기사목록
더보기
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고