신재생에너지 중 하나인 `열전소재` 상용화를 앞당길 수 있는 기술이 개발됐다.

열전소재는 폐열 등 열에너지를 전기로 바꾸거나 전기를 열에너지로 변환하는 장치며, 공장에서 발생하는 폐열, 신체 온도, 태양열 등을 모아 전력을 생산할 수 있다.

기초과학지원연구원은 19일 정인 나노입자 연구단 연구위원팀이 친환경 고성능 열전소재를 저렴하게 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

열전소재 효율은 열전도도와 전기전도도에 의해 결정된다. 전기전도도가 높고, 열전도도가 낮을수록 성능이 우수한 소재가 된다.

현존하는 가장 우수한 재료는 `셀레늄화주석(SnSe)`으로 친환경적이며 매장량도 풍부한 것으로 알려져 있다.

다만 단결정 셀레늄화주석 제조가 까다롭고 오래 걸려 대량생산이 어렵고, 쉽게 부러지는 특성 때문에 사실상 상용화가 불가능한 상태다.

정인 연구위원팀은 이를 해결하려 나노미터(㎚) 수준에서 시료를 관찰할 수 있는 `구면수차 보정 주사 투과전자현미경`을 이용해 성능 저하의 원인을 규명했다.

이를 통해 셀레늄화주석은 산소 노출을 현저히 제한한 환경에서 합성한 것조차 시료 안에 극소량의 산화주석 나노입자가 존재함을 확인했다.

산회주석은 셀레늄화주석보다 열전도도가 140배 높아 이 특성이 소재 전체의 열전도도를 높여 열전성능을 크게 낮춘 것.

연구팀은 산화주석 나노입자를 제거하기 위한 방법도 함께 개발했다.

셀레늄화주석 분말을 나노크기로 분쇄한 후 저농도 수소가스를 높은 온도에서 흘려보내 문제가 되는 산화주석을 없애는데 성공했다.

정 연구위원은 "친환경 고성능 열전소재인 셀레늄화주석을 단결정 분말로 저렴하게 만들어 활용할 수 있는 길을 연 것"이라며 "가격과 성능의 한계로 제한적인 분야에서만 활용되던 열전발전기술이 이번 연구를 통해 상용화에 가까워졌다"고 말했다.정재훈 기자

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정재훈
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