열을 전기로 바꾸는 다층 유연소자 최초 개발

폴리에틸렌디옥시오펜:폴리스티렌술폰산/폴리아닐린 다층 박막 구조 (a)상호 박막 간에 발생하는 전하이동 (b)다층 박막의 계면 (c, d)상호 계면에서 물리·화학적 반응

한국연구재단은 조지영 교수(광주과학기술원) 연구팀이 신재생 에너지로 주목 받고 있는 유연한 열전소자의 전도율을 높여 전압을 높이는 새로운 제조법을 개발했다고 밝혔다.

신재생 에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛·물·지열·강수·생물유기체 등을 포함하여 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로, 열전소자는 물질에 열을 가하게 되면 내부에 있는 전자와 같은 이동자는 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하게 되며 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 전환율을 높게 하여 유기 다층 박막 구조를 도입으로써 열전소자 개발이 가능함을 제시했다.

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. 

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

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

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 열을 전기로 바꾸는 다층 유연소자 최초 개발