지스트 조지영 교수팀, 열을 전기로 바꾸는 다층 유연소자 최초 개발

"신재생 에너지원으로 각광"

조지영 교수(왼쪽),이혜정 박사과정

[아시아경제 노해섭 기자]한국연구재단(이사장 조무제)은 조지영 교수(광주과학기술원) 연구팀이 신재생 에너지로 주목 받고 있는 유연한 열전소자의 전도율을 높여 전압을 높이는 새로운 제조법을 개발했다고 밝혔다.

▲신재생 에너지 : 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛·물·지열 ·강수·생물유기체 등을 포함하여 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지

▲열전소자: 물질에 열을 가하게 되면 내부에 있는 전자와 같은 이동자는 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하게 된다. 이렇게 열에 의해 이동하는 이동자로부터 물질은 전압을 발생시킨다.

유연한 열전소자는 버려지는 열을 전기로 바꿀 수 있어 신재생 에너지원으로 최근 각광받고 있다.

유연한 열전소자는 휘어지는 특성이 있어 의복 등 일상생활에서 착용이(wearable) 가능하고 비닐하우스에서 활용할 수 있다. 하지만 유연한 열전소자는 전기 전도도가 낮아서 전기가 잘 전달되지 않는 문제점이 있다.

연구팀은 유기 열전 소자 전기전도도와 열을 전기 에너지로 바꾸는 전환률을 높게 하여 유기 다층 박막 구조*를 도입으로써 열전소자 개발이 가능함을 제시했다.

▲유기 다층 박막 구조 : 화학적 성분이 다른 유기물 박막을 교대로 쌓은 구조물

연구팀은 전기 전도도와 제벡 계수 사이에 반비례 관계가 거의 없는 유연한 유기물을 도입하고, 더 나아가 다층으로 쌓아 전기 전도도를 높였다.

또한 세계 최초로 한 층이 20나노미터(nm) 이하인 서로 섞이지 않는 서로 다른 종류의 유기 박막을 번갈아가며 쌓은 유기 다층 박막을 도입하여 소자의 전기 전도도와 효율을 동시에 향상시켰다.

▲제벡 계수 : 물질 내부에 있는 온도 차이와 이에 따라 발생하는 전압을 결정하는 물질 고유의 계수

조지영 교수는 “이번 연구 결과는 그 동안 효율 향상이 어려웠던 열전소자 효율을 유연한 다층 유기물 박막이라는 새로운 소자 구조 개발을 통해 향상시킨 것이다”며 “의복이나 비닐 하우스처럼 유연하면서도 버려지는 작은 열에너지를 전기로 전환해서 다른 소자를 충전하도록 사용하는 하베스팅 기술*에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

▲하베스팅 기술 : 주변에 이미 존재하는 현상을 이용하여 에너지를 채집하는 기술

이번 연구결과는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원으로 수행되었으며, 환경과학 분야 세계적인 학술지인 에너지 엔 인바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science) 8월 31일자에 게재되었으며 표지 논문으로 선정됐다.

노해섭 기자 nogary@