"체온·폐열 활용 전기 생산" 고분자 첨가제 없는 열전 섬유 개발

고려대 세종캠 안준성 교수 연구팀, KAIST 연구팀 등과 협업
구명조끼·의류에 시연…상용화 가능성 입증

［충북일보］ 고려대학교 세종캠퍼스는 제어계측공학과 안준성 교수 연구팀이 차세대 유연 전자소자를 위한 혁신적인 에너지 수확 솔루션인 '비스무트 텔루라이드 (Bi2Te3) 열전 섬유'를 개발하는데 성공했다고 21일 밝혔다.

이번 연구는 한국과학기술원 신소재공학과 정연식 교수와 기계공학과 박인규 교수, 한밭대학교 오민욱 교수, 한국기계연구원 정준호 박사 연구팀과 협업했다.

열전소재는 열을 전기로 바꿔주는 소재다. 온도 차에 의해 전기를 발생시키는 원리다. 약 70%의 에너지가 폐열로 사라지는 상황에서 공장이나 자동차 엔진의 폐열, 사람의 체온 등에서 발생하는 열을 활용할 수 있어 지속 가능한 에너지 기술로 주목받고 있다.

우리 주변의 열원은 인체, 차량 배기구, 냉각 핀 등 대부분 곡면 형태를 띠고 있다. 세라믹 재료 기반의 무기 열전소재는 열전 성능이 높지만 깨지기 쉬워 곡면 형태로 돼 있는 인체, 차량 배기구, 냉각 핀 등에 적용하기 어렵다는 단점이 있다.

연구팀은 나노 리본을 꼬아 실 형태의 열전소재를 제작하는 방식으로 이러한 한계를 극복했다.

연구팀은 고분자 첨가제 없이도 나노 리본을 꼬아 실 형태로 만드는 방식으로 유연성을 확보, 나노 리본을 연속적으로 증착해 유연한 비스무트 텔루라이드 무기 열전 섬유를 제작했다.

이 무기 열전 섬유는 기존 열전소재보다 높은 굽힘 강도를 지니며 1천회 이상의 반복적인 구부림과 인장 테스트에도 전기적 특성 변화가 거의 나타나지 않았다.

실제 구명조끼와 의류에 열전 섬유를 내장, 에너지를 수집하는 시연을 통해 상용화 가능성도 입증했다.

또 산업 현장에서 파이프 내부의 뜨거운 유체와 외부의 차가운 공기 사이의 온도 차를 이용해 폐열을 재활용하는 고효율 에너지 수확 시스템을 구축할 가능성도 열었다.

안준성 교수는 "이번 연구를 통해 전통적인 세라믹 열전소자의 취성 문제를 극복하고 고분자 바인더 없이도 고성능 유연 열전소자를 구현하는 데 성공했다"며 "이는 웨어러블과 에너지 수확 장치 분야에서 혁신적인 도약이 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

KAIST 신소재공학과 장한휘 박사과정 학생과 고려대학교 세종캠퍼스 안준성 교수, 한국원자력연구원 정용록 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)' 9월 17일 자 온라인 판에 게재됐다.

세종 / 김금란기자