페인트처럼 바르는 전기 생산 소재 개발

페인트처럼 바르는 전기 생산 소재 개발

 

국내 연구진이 페인트처럼 바르는 고성능 열전 소재를 개발했다. 어떤 모양으로든지 벽에 발라서 열을 효과적으로 회수할 수 있는 액체형 열전 소재이다. 손재성 울산 과학 기술원(UNIST) 신소재 공학부 교수팀은 ‘페인트처럼 바르는 열전 소재’와 이 소재로 열전 발전기를 만드는 ‘페인팅 공정’을 개발했다고 2016.11.15일 밝혔다. 다양한 모양의 열원에 적용해 전기를 생산할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있다.

 

열전 효과는 열 에너지가 전기 에너지로, 반대로 전기 에너지가 열 에너지로 변하는 현상이다. 이 효과는 이미 다양한 소형 냉각 장치와 자동차 엔진, 선박의 폐열 발전 장치 등에 쓰인다. 이들 장치에는 직육면체 소재의 평판 열전 발전 모듈이 이용된다. 하지만, 열을 가진 물체의 표면은 둥그스름한 경우도 많아 기존의 열전 소재를 적용해서는 효과적으로 열을 회수하지 못했다. 이를 해결하기 위해 연구진은 열원에 열전 페인트 소재를 발라서 전기를 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

 

손재성 교수는 “페인팅 공정으로 일체화된 열전 모듈은 평판형 열전 모듈의 한계를 극복하고 효율적으로 열에너지를 회수했다”며, “작업자가 원하는 형태로 열전 발전 시스템을 직접 제작할 수 있고 재료 보존과 공정 단순화, 시스템 제작에 따른 비용을 줄일 수 있어 경제적으로도 효율적인 방식”이라고 설명했다. 연구진이 개발한 열전 페인트 소재의 성능 지수는 0.69(n형 소재), 1.21(p형 소재)로 나타났다. 상용화된 평판형 열전 소재의 성능 지수는 보통 1.0으로 이와 유사한 수준을 보인 것이다. 또한, 페인팅 공정을 통해 제작된 곡면형 열전 발전기의 전력 밀도도 상용화된 열전 모듈과 비슷하게 나타났다.

 

연구진은 “열전 소재를 잉크 형태로 만들면 밀도가 낮아지기 쉬운 데, 이를 새롭게 개발한 무기물 소결 조제를 첨가해 보완했다”며, “소재들을 치밀하게 뭉치는 무기물 소결 조제는 열전 소재뿐 아니라 다른 에너지 및 전자 소재에도 적용 가능하다”고 설명했다. 특히 이번 기술은 자연계에서 열로 변해 손실되는 에너지원(60% 이상)의 회수 방법으로도 주목받고 있다. 다양한 모양에 적용하기 어려운 기존 소재의 한계를 넘어선 덕분이다. 손재성 교수는 “이번에 개발된 열전 페인트와 페인팅 공법은 열원의 형상, 종류, 크기에 관계없이 적용 가능하다”며, “일상 생활에서 버려지는 다양한 형태의 폐열 발전은 물론 건물 외벽, 지붕, 차량 외관 등에 도입해 새로운 형태의 신재생 에너지 발전 시스템으로 발전될 수 있을 것”이라고 전망했다.