입계면에 고밀도 전위배열을 형성하는 금속공학적 공정 모식도© News1

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단 연구팀이 성균관대학교, 삼성전자 종합기술원과 공동으로 세계 최고 성능의 상온 열전소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

열전은 열 에너지와 전기 에너지를 상호 변환할 수 있는 기술이다.연구진은 새로 개발한 금속공학적 액상 소결법으로 세계 최고 성능의 상온 열전소재 비스머스 안티모니 텔루라이드(Bi0.5Sb1.5Te3)를 제조했다.

연구진은 고밀도의 전위배열을 입계면에 형성시키는 방법으로 열전도도를 물리적 한계수준까지 낮출 수 있었다.

열전도도의 감소는 열전 변환성능을 획기적으로 높여 상온에서 zT 2.0이 넘는 세계 최고 수준의 결과를 얻었다.지금까지 상용화된 열전소재의 zT값이 1.0~1.2 정도였다는 점을 감안하면 두 배 가까이 성능을 높인 것이다.

연구팀은 이 소재를 제조하는 방식이 간단하고 대량생산이 가능해 차세대 친환경․재생에너지 기술 혁신을 이끌 것으로 전망하고 있다.

김성웅 IBS 나노구조물리연구단 연구위원은 “이번 연구는 산업적으로 대량생산이 가능한 금속공학적 소결공정을 이용, 세계 최고 효율의 에너지 변환 열전 소자를 구현한 데 의의가 있다”며 “다른 열전소재에도 적용이 가능해 열전 에너지 기술 및 응용분야 효율을 획기적으로 높일 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 미국과학진흥협회(AAAS)가 발간하는 세계 최고권위의 전문과학저널 사이언스(Science, IF 31.48)에 3일자 게재됐다.


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