온도차 전기 생산 열전 발전기…스펀지처럼 만들다 [지금은 과학] 작성일 04-13 132 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">화학연 연구팀, 웨어러블 센서 전력 공급으로 활용 가능성 높여</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="u1FBs1phlA"> <p contents-hash="246ea1a6362158cabdade7b19299cfb1cb7c530e608e0aabc214db0661a5b3bb" dmcf-pid="7t3bOtUlvj" dmcf-ptype="general">[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 온도 차이로 전기를 생산하는 열전 발전기를 제작할 때 탄소나노튜브(CNT) 소재를 스펀지처럼 만들어 기존의 단점은 개선하고 장점은 강화한 기술을 개발했다.</p> <p contents-hash="3ad922bcd95fb9c1986c1ff51560b6fcedfb50a88c113842364dace061a43dfd" dmcf-pid="zF0KIFuSWN" dmcf-ptype="general">자유롭게 형태를 변형할 수 있어 움직임이 많은 웨어러블 기기 센서의 소규모 전력 공급 용도로 활용이 기대된다.</p> <p contents-hash="553439a9f828ad9e9ce8a1f961248afeed1d04ab64121ac207de98b6e9ffc6ad" dmcf-pid="q8PnF8MUha" dmcf-ptype="general">한국화학연구원(원장 이영국) 한미정, 강영훈 박사팀은 탄소나노튜브, 비스무스–안티몬–텔루라이드(BiSbTe)를 다공성 폼 형태로 결합해 열전 성능을 극대화한 유연 열전 발전기를 개발했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="cabb8a5f10434f0233c57ebee39d71d2ac5663f9cd6fa0661644f83b536378e1" dmcf-pid="B6QL36RuSg" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="화학연 연구팀이 열전 발전기를 제작할 때 탄소나노튜브 소재를 스펀지처럼 만들어 기존의 단점은 개선하고 장점은 강화한 기술을 개발했다. [사진=화학연]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/inews24/20250413120018446bvoh.jpg" data-org-width="580" dmcf-mid="5pkC6AwMCs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/inews24/20250413120018446bvoh.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 화학연 연구팀이 열전 발전기를 제작할 때 탄소나노튜브 소재를 스펀지처럼 만들어 기존의 단점은 개선하고 장점은 강화한 기술을 개발했다. [사진=화학연] </figcaption> </figure> <p contents-hash="b1c2ca977cbecdd390879f0e51be229391c47fb27dcf6b9d91f0f7eef93b365c" dmcf-pid="bPxo0Pe7ho" dmcf-ptype="general">연구팀은 2019년부터 탄소나노튜브 기반 열전소재를 꾸준히 연구 중이다. 이번 연구는 그 연장선으로 2025년 1월에 발표된 결과이다.</p> <p contents-hash="5ace54d792b1aec90168fd0be46ee0aec93a5bb4cf8920c6612fc6545a9d2ebb" dmcf-pid="KQMgpQdzyL" dmcf-ptype="general">일반적으로 열전소재는 금속 기반의 무기물로 제작한다. 연구팀은 유기물인 탄소나노튜브를 활용해 열전소재를 개발해왔다. 금속 기반 열전소재는 성능이 높은 반면 유연성이 높지 않다.</p> <p contents-hash="9d4ce9ee27245dd15a03fe6f8205a2618bbdb1d46ded07656a57b6e549811579" dmcf-pid="9xRaUxJqvn" dmcf-ptype="general">기존 탄소나노튜브 열전소재는 흐물흐물한 특성으로 인해 형태 변형은 쉬운데 열전 성능이 낮고 기계적 내구성이 부족하다는 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="b75ef5c2760ff2f158d0a3b7f7eee868cdcae842281958f070a8038c0a1f368e" dmcf-pid="2MeNuMiBli" dmcf-ptype="general">연구팀은 유연한 특성은 유지하되 낮은 성능 한계를 극복하기 위해 탄소나노튜브를 부피감 있는 구조로 제작하는 독자적 기술을 개발했다.</p> <p contents-hash="81553eae065c7841c51980575dea9881cf63649ba760349f73602d332c7cf24d" dmcf-pid="VRdj7RnblJ" dmcf-ptype="general">일반적 기존 유기 열전 소재는 액체를 얇게 굳힌 필름 형태로 만든다. 연구팀은 기존과 달리 다양한 모양의 틀에 재료 분말을 채우고 열을 가하면 몇 시간 뒤 스펀지처럼 굳어지는 방식을 사용했다.</p> <p contents-hash="e77b0e677a608cd02a6b5752699ebda97166509973acf67804f5f12971aad5df" dmcf-pid="feJAzeLKyd" dmcf-ptype="general">동시에 열전 소재 물질을 내부 구멍에 균일하게 분포시키는 기술을 적용했다.</p> <p contents-hash="98f115017a9c91922c54bb5ebabafae87e8e7a9f34799f48d5e4ceafc41b47c5" dmcf-pid="4rsyerCnTe" dmcf-ptype="general">이를 통해 소재의 형태를 고정하자 필름 형태에 비해 기계적 내구성을 높임과 동시에 열전 성능도 극대화할 수 있었다. 불규칙한 구멍의 뼈대는 오리털처럼 열의 이동을 가로막아줬다.</p> <p contents-hash="89274ca14f195a6dea93d83f99a823cd841113a471c4d625f3be18a93a39cb35" dmcf-pid="8mOWdmhLlR" dmcf-ptype="general">열 이동이 느려지면 뜨겁고 차가운 부위별 온도 차이가 유지돼 발전이 잘 되기 때문이다.</p> <p contents-hash="b27a693abd75d2c8a3cebba1c9c216d01489d66760a382d40ee181a61b821c37" dmcf-pid="6sIYJslohM" dmcf-ptype="general">실험 결과 CNT/BiSbTe 폼의 열전 성능 지수(zT)는 기존 CNT 폼보다 5.7배 향상된 기록을 보였다. 이번에 개발한 열전 발전기를 유리관에 붙인 후 온수와 냉수를 번갈아 넣는 실험도 했다. 온도 차이가 21.8도(K, 켈빈) 날 때 15.7마이크로와트(µW)의 전력을 생산하며 저전력 온도 센서를 작동시킬 수 있음을 보여줬다.</p> <p contents-hash="90a7b13c37fafd6a4bcb32dc07eebe8be7c2858da4b84a944b80ed580794c3f0" dmcf-pid="POCGiOSgTx" dmcf-ptype="general">1만회 이상의 반복 굽힘 테스트에서도 성능 저하가 거의 없는 내구성을 확인했다. 이번 제조 공정은 기존 탄소나노튜브 제작 방식이 3일 이상 걸리는 것과 비교해 단 4시간만에 고성능 열전소재를 제작할 수 있어 높은 생산성을 갖춘 것이 특징이다.</p> <p contents-hash="0a13445f0e6e8bd2b82e1cf6bbaedd7229f0488303d42f801a2afafbf56d7092" dmcf-pid="QIhHnIvaTQ" dmcf-ptype="general">연구팀은 앞으로 이 소재의 열전 성능을 더욱 개선하기 위해 도핑 공정을 활용한 연구를 진행할 계획이다. 2030년쯤에는 상용화가 가능할 것으로 예상된다.</p> <p contents-hash="0bc6f4ee146cfa4f9d51a6cea32f9ec581b0bcb075905c95a4dbfcf93c596687" dmcf-pid="xClXLCTNCP" dmcf-ptype="general">앞으로 탄소나노튜브 내부에 다양한 열 제어 소재를 추가해 배터리의 발열 문제 해결, 인공지능 데이터센터 냉각 시스템, 겨울철 온도 유지 장치 등 새로운 응용 분야로 확대할 계획이다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9f005c116a34fd11df5fca8834c65aab79854e4dfc1d7f3f00560c4e5e9e854d" dmcf-pid="yf8J1fQ0v6" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="오른쪽부터 화학연 배은진 연구원(1저자), 강영훈 책임연구원(교신저자), 한미정 책임연구원(교신저자), 박병욱 선임연구원(공동저자). [사진=화학연]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/inews24/20250413120019769inek.jpg" data-org-width="580" dmcf-mid="UcDlQkmeCc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/inews24/20250413120019769inek.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 오른쪽부터 화학연 배은진 연구원(1저자), 강영훈 책임연구원(교신저자), 한미정 책임연구원(교신저자), 박병욱 선임연구원(공동저자). [사진=화학연] </figcaption> </figure> <p contents-hash="ddbd780bc270d1c6738d46e97983b0a14e0124301f59ea747c0c9d562f19c988" dmcf-pid="W46it4xpv8" dmcf-ptype="general">연구팀은 “이번 연구는 기존 열전 발전 소재의 한계를 극복하고 유연한 에너지 하베스팅 기술을 발전시키는 중요한 성과”라고 말했다. 이영국 화학연 원장은 “이번 연구는 웨어러블 기기, IoT 센서 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 중요한 기술로 앞으로 에너지 자립형 전자기기 개발에 이바지할 것으로 기대한다”고 전했다.</p> <p contents-hash="1aaeab79f8f86645725e95794f290a688456213de4dfe16110ebe0f780f41c20" dmcf-pid="Y5tqm50Cv4" dmcf-ptype="general">이번 논문(논문명: High-performance and flexible thermoelectric generator based on a robust carbon nanotube/BiSbTe foam)은 2025년 1월 국제 학술지 ‘탄소 에너지(Carbon Energy)’에 후면 표지 논문으로 실렸다. 화학연 강영훈 박사와 한미정 박사가 교신저자로, 정명훈 박사후연구원과 배은진 연구원이 1저자로 참여했다.</p> <address contents-hash="3ab555b4da353222c57a026c3a0bb5965c28dc69d906522f445f6672b0fe923b" dmcf-pid="G1FBs1phvf" dmcf-ptype="general">/정종오 기자<span>(ikokid@inews24.com)</span> </address> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아이뉴스24. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 스펀지 같은 탄소나노튜브로 만든 열전 소재…성능 5.7배 04-13 다음 “1만번 접어도 거뜬” 스펀지 같은 ‘탄소나노튜브’…고성능 웨어러블기기 만든다 04-13 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
