"엔진 배기관을 발전기로"…UNIST, 고효율 열전 잉크 소재 개발

손재성·채한기 교수팀, 자유자재 3D 프린팅 가능한 고온용 열전소재 개발

성능 저하 첨가제 없이 3D 프린팅에 적합한 잉크 만들어…Adv. Energy 게재

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 좌측 상단부터 손재성 교수, 채한기 교수, 추승준 연구원, 이정수 연구원, 주혜진 연구원. *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 국내 연구진이 고온의 폐가스가 흐르는 엔진 배기관을 발전기로 만드는 기술을 개발했다.

UNIST(울산과학기술원) 신소재공학과 손재성·채한기 교수와 기계공학과 김성엽 교수팀은 열전소재 입자에 금속을 첨가(도핑)하는 새로운 방식을 통해 3D 프린팅 가능한 고효율 열전 잉크 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.

열전소재로 배기관을 만들면 가스가 흐르는 배기관 내부와 바깥의 온도차 때문에 소재 내에 전기를 만드는 힘(기전력)이 생기고, 여기에 전극을 추가하면 전기를 뽑아 쓸 수 있다.

 열전 발전기를 파이프 형태로 만들어 바로 쓰는 이 방식은 사각 평판 형태 열전 발전기를 파이프(열원)에 붙여 쓸 때와 달리 열손실이 적고 더 효율적이다.
 
연구진은 배기가스 온도인 400~800도에서 열전성능이 우수한 납-텔루라이드 입자(PbTe)로 열전 잉크 소재를 만들었다. 납-텔루라이드 입자가 글리세롤(용매)에 분산된 형태다.

이 잉크 소재는 찰흙처럼 고정된 모양을 유지하면서도 쉽게 변형할 수 있는 점탄성이 높다. 납-텔루라이드 입자에 금속을 도핑하면 생기는 입자 표면의 정전기(전하)가 점탄성을 유발하기 때문이다. 입자간 전기적 반발력이 입자들의 이동을 방해하는 원리다.

개발된 열전 잉크 소재는 점탄성을 띤 잉크 형태로 합성된 뒤에도 성능 저하가 없었다. 또 파이프관에 500도의 뜨거운 기체가 흐르는 상황을 가정해 시뮬레이션했을 때, 파이프형 열전 발전기는 파이프 위에 부착된 열전발전기보다 발전 능력이 1.8배 이상 높았다.

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = [연구그림] 점탄성 열전 잉크 소재 제조 원리.jpg *재판매 및 DB 금지

손재성 교수는 “기존 열전 발전기는 공정 한계로 직육면체 열전 소재들로 이뤄진 평판 열전 발전기가 대다수”라며 “이번 연구로 가장 흔한 열원인 공장 배기관이나 수송수단 배기관의 열을 전기로 효율적으로 바꿀 수 있게 됐다”고 설명했다.

채한기 교수는 “열전소재 분야에 3D 프린팅을 쓴다면 기존 소재가 갖는 여러 한계를 극복 할 수 있다”며 “또 첨가제 없이 잉크에 점탄성을 띠게 할 수 있는 이번 기술은 열전소재뿐만 아니라 다양한 분야에 응용될 것”이라고 기대했다.
 
이번 연구는 세계적 과학저널인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’에 4월 15일일자로 온라인 공개됐으며, 표지 논문'(Front Cover)로 선정돼 정식출판을 앞두고 있다.

 UNIST 안상준 교수, 홍재형 박사, 전남대의 이지은 교수, 한국전기연구원의 장정인 연구원이 함께 참여했다.

연구 수행은 삼성전자 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 이뤄졌다


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