한국전기연구원, ‘마그네슘 안티모나이드’ 활용한 금속화 공정·시제품 개발

작성일 07-07

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="XyHohdKGnl">
          <p contents-hash="d0678741c6aa1eb5a13bcc27f52d1d543f16aa58658b0c467def0decd6993b6d" dmcf-pid="ZWXglJ9Hnh" dmcf-ptype="general">한국전기연구원(KERI)은 전기변환소재연구센터 주성재 박사팀이 친환경 신소재인 ‘마그네슘 안티모나이드(Mg3Sb2)’를 이용해 열전발전 모듈의 경제성과 친환경성을 크게 높일 수 있는 금속화 공정 기술을 개발하고, 관련 시제품까지 제조하는 데 성공했다고 7일 밝혔다.</p>
          <div contents-hash="867a2ca16f7aae67d6c361919b4f3ead9d7d92164ba0d8fac1b059a97d66f506" dmcf-pid="5YZaSi2XMC" dmcf-ptype="general">
           KERI에 따르면 열전발전은 P형(+)과 N형(-)으로 구성된 열전반도체 소재의 위·아래에 각각 전극을 형성하고, 양 끝의 온도 차이를 전기에너지로 변환하는 기술이다.
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          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="04c0444c2877286cdc67d56133ea5b5a1e11084856eef214b770fd0055fa9882" dmcf-pid="1G5NvnVZRI" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="주성재(왼쪽) KERI 박사 연구팀이 '마그네슘 안티모나이드'와 이를 활용해 만든 열전발전 시제품을 들고 포즈를 취하고 있다. KERI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/07/segye/20250707154733134xsyq.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="HtNze0vadS" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/07/segye/20250707154733134xsyq.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            주성재(왼쪽) KERI 박사 연구팀이 '마그네슘 안티모나이드'와 이를 활용해 만든 열전발전 시제품을 들고 포즈를 취하고 있다. KERI 제공
           </figcaption>
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          <div contents-hash="b57f6c89fe235697166ca70edab5caeaecb61b40773d0d80d2116f4cd7e54686" dmcf-pid="tH1jTLf5LO" dmcf-ptype="general">
            그동안 전극으로는 니켈(Ni)이 사용되고, P형/N형 열전반도체 소재로는 ‘비스무스 텔루라이드(Bi2Te3)’라는 물질이 활용됐지만, 주요 구성 원소인 텔루륨(Te)이 지구상에 매우 희귀하고 가격이 높다는 단점이 있다.
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          <p contents-hash="e78ec50129cb7b5e9c972bf8d29d16f6b07ae9cd45256016e840904153d9d071" dmcf-pid="FXtAyo41ns" dmcf-ptype="general">이에 많은 연구진이 소재를 바꾸기 용이한 N형 반도체에 비스무스 텔루라이드와 유사한 성능에, 희귀 원소를 포함하지 않아 가격은 5분의1 수준에 불과한 ‘마그네슘 안티모나이드’를 대체 적용하려는 노력을 기울이고 있다.</p>
          <p contents-hash="ef5bfebd728f879a6664a5bc31cd7f9b90ee376c1db6118debdeb4daa3aecc05" dmcf-pid="3ZFcWg8tnm" dmcf-ptype="general">문제는 마그네슘 안티모나이드에 적합한 재질의 금속 전극을 쉽고 단순하게 형성할 수 있는 일명 ‘금속화 공정 기술’의 개발이 그동안 미비했다는 점이었다.</p>
          <p contents-hash="862ccf1dfc655be84b02341b405d28b117c7ba7bad2259639efe026b3991ecae" dmcf-pid="053kYa6Fir" dmcf-ptype="general">기존에 사용하던 니켈 전극은 마그네슘 안티모나이드와 맞지 않았다. 니켈의 도금공정에서 마그네슘 안티모나이드가 침식되기 때문이다.</p>
          <p contents-hash="e76c8ebebc9839f2f3835ac17e2a1afc800e5c2b125a42b6f29fb941f3f0a177" dmcf-pid="pG5NvnVZiw" dmcf-ptype="general">또 장기적으로 마그네슘 안티모나이드에서 마그네슘이 빠져나가 열전 특성이 저하되는 문제를 근원적으로 차단할 수 있는 최적의 전극 물질 선정이 필요하기도 했다.</p>
          <p contents-hash="f5afaefad2b00d8c6e396a333619618f634ea822687d94af7f69894d2a6a3c2d" dmcf-pid="UH1jTLf5eD" dmcf-ptype="general">주성재 박사팀의 성과는 니켈 대신 마그네슘과 구리 호일을 전극으로 활용해 n형 마그네슘 안티모나이드에 효과적으로 접합하고, 개량된 열전발전 모듈을 손쉽게 제조하는 신개념 금속화 공정 기술을 개발한 것이다.</p>
          <p contents-hash="bc3729c5ce3c9cc5ebbc689de4d7fc89997d525cbc3433805df01ff18cfc5489" dmcf-pid="uXtAyo41LE" dmcf-ptype="general">1차적으로 마그네슘 호일 전극이 일종의 방어막 역할을 하며 열전반도체 내부 마그네슘의 손실을 막았고, 이를 전도성이 높은 구리 호일로 감싸 열전발전의 특성이 유지되도록 만들었다.</p>
          <p contents-hash="3424ef871149e0556c634f2b14fe979f7d58580fd330f42ad3fad74d410f75cf" dmcf-pid="7ZFcWg8tMk" dmcf-ptype="general">무엇보다 연구팀의 기술은 건식공정에서 금속 호일을 열전반도체 위·아래에 직접 붙여 전극을 완성한다는 간단한 측면에서 재현성과 확장성이 높고, 기업들의 양산화에도 유리하다.</p>
          <p contents-hash="cf389c82208cc85da027cac269ae009c5a5cad6953e78bc74886dd378a4e0d34" dmcf-pid="z53kYa6Fec" dmcf-ptype="general">기존에는 분말 형태의 열전반도체 소재와 전극을 일일이 하나로 소결하는 방식이었기 때문에 시간과 비용이 많이 들었지만, KERI 기술을 통해서는 매우 간단하게 원하는 규격으로 열전반도체와 전극을 접합할 수 있다.</p>
          <p contents-hash="1ce3994bd64103cc692094a3d1878c0027668e401337689fef83f347413ca6dd" dmcf-pid="q10EGNP3dA" dmcf-ptype="general">연구팀은 이러한 소재 합성 및 금속화 공정 기술을 기반으로, ‘하이브리드 열전모듈 시제품’까지 제작하고, 성능 검증까지 진행했다.</p>
          <p contents-hash="d03bb778369da78e2e285ee3d1b1104bc890cb1917b4e80603664496aae976bc" dmcf-pid="BtpDHjQ0Lj" dmcf-ptype="general">그 결과 기존 비스무스 텔루라이드만을 사용했을 때보다 제조원가는 20% 이상 줄이면서 동등한 수준의 성능을 확인했다.</p>
          <p contents-hash="8d3b8be48bb4f9748e804a02ebb11465e3bf8ce14f9d8179d1df64d4435fcf99" dmcf-pid="bFUwXAxpRN" dmcf-ptype="general">주성재 KERI 박사는 “열전발전 업계에서 마그네슘 안티모나이드의 장점은 알았지만, 전극까지 만드는 금속화 과정이 어렵다 보니 실험실 수준에만 머무르고, 실용화에 필요한 모듈 단계까지는 가지 못했었다”고 연구 배경을 설명했다.</p>
          <p contents-hash="33269d8dbca245e25476c836d50b0756f10c69abb41e9b984c57ec1a48e44c0d" dmcf-pid="K3urZcMURa" dmcf-ptype="general">주 박사는 “우리의 성과는 금속화 과정에서의 한계를 극복했을 뿐만 아니라, 기업들의 열전모듈 활용 접근성을 크게 높였다는 상용화 측면에서도 큰 의의를 지닌다”고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="5cfd4ba778775a39ef060f8839bc2089e9ca381b2a353ec7e18d3bd26b81015d" dmcf-pid="907m5kRueg" dmcf-ptype="general">국내외 특허 출원까지 마친 KERI는 이번 성과가 열전발전을 통해 에너지 비용을 절감하려는 산업계의 많은 관심을 받을 것으로 보고, 수요 기업을 발굴해 기술이전에 나선다는 계획이다.</p>
          <p contents-hash="a07ee26175d33bcc701916190d79ca0e21a60b9981b2355315877735dfac57b2" dmcf-pid="2pzs1Ee7Ro" dmcf-ptype="general">창원=강승우 기자 ksw@segye.com</p>
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