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열을 전기로 바꾸는 탄소나노튜브 성능 '업그레이드'

송고시간2019-08-20 12:00

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한국화학연구원 조성윤 박사팀 "변형 강도 유지하며 열전도도 낮춰"

열전소자 유연성 실험
열전소자 유연성 실험

[한국화학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국화학연구원(화학연) 조성윤 박사 연구팀은 구부러진 열 공급원에서도 열을 전기 에너지로 바꿀 수 있는 열전소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

열전소자는 열에너지를 전기 에너지로 바꾸는 장치다. 반대 방향으로도 가능하다.

폐열, 신체의 온도, 태양열 등을 모아 전력을 생산할 수 있다. 차량에서 사용하고 난 후의 열이나 온천수를 이용한 열전 기술은 실증 실험 단계까지 밟고 있다.

기존 열전소자는 무겁고 유연하지 않아 깨지기 쉬웠다.

학계에서는 대안으로 탄소나노튜브에 주목한다. 원기둥 모양의 탄소나노튜브는 기계적 강도와 유연성 측면에서 우수한 특성을 보인다.

다만 전기전도도가 높은 만큼 열전도도 역시 높아 소재 성능 최적화 연구가 한창이다. 상용화에 적합한 두께까지 쌓는 것도 관건이다.

자유로운 형태로 제작된 탄소나노튜브 폼
자유로운 형태로 제작된 탄소나노튜브 폼

[한국화학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

조성윤 박사 연구팀은 탄소나노튜브 용매를 빠르게 증발하는 방법으로 열전도도를 낮췄다. 이를 기반으로 스펀지처럼 구멍(기공)이 많으면서도 유연한 5㎜ 두께의 탄소나노튜브 소재(폼·foam)를 만들었다.

열전도도의 경우 기공이 거의 없는 기존 필름 형태보다 160배 이상 낮아졌다.

뜨거운 열을 그대로 밖으로 전달하는 것이 아니라 전기로 바꿀 수 있는 효율이 높아진 것이다.

열원 형태에 따라 자유자재로 부착할 수도 있다.

실험 결과 1만번 이상 굽혔다 펴는 과정을 반복해도 안정적인 전기적 특성을 유지했다고 연구팀은 설명했다.

다공성 탄소나노튜브 폼 소재 설명도
다공성 탄소나노튜브 폼 소재 설명도

[한국화학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

조성윤 박사는 "스펀지형 유연 열전소자는 기존의 무겁고 딱딱한 소재의 한계를 극복했다는 점에서 의미가 있다"며 "새로운 소재 개발 가능성은 물론 다양한 열전 분야 응용 가능성을 확인한 것"이라고 말했다.

연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업 지원으로 수행했다.

국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials)가 8월호에 표지 논문으로 연구 결과를 소개했다.

walden@yna.co.kr

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