열전효과(thermoelectric effect)는 열과 전기가 서로 변환되는 현상을 의미하는데요. 열전소재는 열을 전기로 변환시켜 발전에 활용하거나, 전기를 이용해 온도 차를 발생시켜 주변을 냉각하는 친환경 에너지 변환소재입니다. 최근 열전소재의 성능지수가 크게 높아져 열전효과가 접목된 냉장고가 출시되는 성과도 있었습니다. 하지만 고온에서 작동할 때 소재가 열적으로 불안정한 문제가 남아있어 해결 방안이 필요한데요.
경희대학교 응용물리학과 이종수 교수 연구팀(응용물리학과 이종수 교수, 김진희 박사, 윤재현 박사)이 새로운 접근법을 개발해 열전소재의 열적 안정성을 크게 높였습니다. 열적 안정성이 높은 고효율 열전소재 개발로 전기 에너지 변환효율이 진보했습니다. 기존 열전소재는 고온에서 은-텔레늄과 안티몬-텔레늄의 상이 분리되며 전자와 정공이 엉켜 성능이 떨어졌죠. 연구팀은 이 상분리 현상을 역이용해서 상분리가 안정화되면서 성능저하가 없는 조건으로 고온과 상온을 빠르게 오가면서 열적 요동을 가했습니다. 그 결과 열전소재의 입자가 열분해 되면서 열적으로 안정화되는 현상을 찾았습니다.
열적 안정성이 개선된 고효율 열전모듈은 전기 에너지 변환에 따른 에너지 효율성을 높이는데요. 이 열전모듈을 활용해 태양열, 지열, 폐열 등 다양한 신재생 에너지를 전기로 보다 쉽고 효율적으로 전환할 수 있어 탄소중립 달성에 크게 기여할 것으로 전망됩니다. 연구를 지도한 이종수 교수는 “매우 단순한 방식으로 열전소재의 열적 안정성을 높였다. 발상의 전환을 통해 얻은 좋은 결과”라고 연구 의의를 설명했습니다.
연구 결과는 응용물리 분야 저널인 'Advanced Functional Materials' 5월호에 개재됐습니다.
