“체열‧폐열 등 에너지 시스템 활용 기대”
열을 전기에너지로 바꾸거나 반대로 전기를 이용해 온도를 변화시키는 ‘열전 재료’는 친환경 신재생 에너지 시스템의 하나로 주목받고 있다. 하지만 효율이 떨어지기 때문에 두 가지 이상의 물질로 만든 복합체로 성능을 향상시켜야 한다.
광주과학기술원(GIST)은 신소재공학부 조지영 교수팀이 기존보다 간단한 방법으로 ‘열전 유‧무기 나노 복합체의 장벽 에너지’를 조절해 열전 효율을 극대화하는데 성공했다고 14일 밝혔다.
열전 성능을 결정하는 중요 인자는 에너지 필터링 효과(Energy filtering effect)다. 효율을 높이기 위해 만들어진 복합체는 서로 다른 밴드 구조의 접합으로 에너지 장벽이 생긴다. 이 장벽 에너지보다 높은 에너지를 가지는 캐리어(carrier‧운반체)는 통과시키고 낮은 에너지를 가지는 캐리어는 막는 걸 에너지 필터링 효과라고 한다.
에너지 필터링 효과는 장벽 에너지 크기에 영향을 받기 때문에 간단하고 자유롭게 장벽 에너지의 크기를 바꿀 수 있다면 열전 효율을 더욱 높게 만들 수 있다.
연구팀은 극성 용매 기상 열처리법 (Polar Solvent Vapor annealing‧PSVA)을 열전 유·무기 복합체 재료에 응용해 장벽 에너지 조절과 에너지 필터링 효과를 극대화했다.
조지영 교수는 “이번 연구를 통해 더욱 손쉽게 열-전기 변환 효율을 증가시킬 수 있는 새로운 방법을 찾았다”며 “체열이나 가정이나 산업현장의 폐열을 에너지로 이용하는 시스템 전력 효율의 증가, 웨어러블이나 유연한 열전 재료와 소자 발전에도 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구성과는 10월 28일 에너지 재료분야 저명 학술지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 게재됐다.
