페인트를 칠하듯 건물 외벽이나 지붕, 차량 외관 등에 열전 소재를 발라 전기를 얻을 수 있는 기술이 개발됐다.
손재성 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수팀(이하 손 교수팀)은 `페인트처럼 바르는 열전 소재`와 이 소재로 열전 발전기를 만드는 `페인팅 공정`을 개발했다고 15일 밝혔다.
페인트 형태의 열전 소재 개발과 이를 이용한 열전 발전기 구현은 세계 처음이다. 이보다 앞서 잉크 형태의 열전 소재가 나왔지만 성능이 매우 낮거나 프린팅 전용이었다.
손 교수팀이 개발한 기술은 열 모양이 다양한 물체(열원)에 쉽게 적용, 전기를 생산할 수 있다는 점에서 주목된다.
열전은 열에너지를 전기에너지, 전기에너지를 열에너지로 각각 바꾸는 기술이다. 다양한 소형 냉각 장치와 자동차 엔진, 선박 폐열 발전장치 등에 직육면체 소재의 평판 열전 모듈이 사용된다.
그러나 열원의 표면이 평판만 있는 것은 아니어서 기존의 평판형 소재 및 모듈로는 열 회수 효과를 보기 어려웠다.
손 교수팀은 페인트형 열전 소재로 이를 해결했다. 손 교수는 “페인팅 공정으로 일체화한 열전 모듈을 개발해 평판형 열전 모듈의 한계를 극복하고 열에너지를 효율 높게 회수할 수 있었다”면서 “사용자가 원하는 형태로 열전 발전 시스템을 만들 수 있고, 재료 보존과 공정 단순화 및 시스템 제작에 따른 비용도 크게 줄일 수 있게 됐다”고 설명했다.
개발한 열전 페인트 소재의 성능 지수는 0.69(n형 소재), 1.21(p형 소재)로 나타났다. 상용화된 평판형 열전 소재의 성능 지수는 보통 1.0으로, 이와 유사한 수준을 보였다.
곡면형 열전 발전기의 전력 밀도 또한 상용화 열전 모듈과 비슷하게 측정됐다.
열전 재료는 잉크 형태로 만들면 밀도가 낮아지기 쉽다. 손 교수팀은 새로 개발한 `무기물 소결 조제`를 첨가, 이를 보완했다. 재료를 치밀하게 뭉치게 하는 무기물 소결 조제는 열전 재료뿐만 아니라 다른 에너지 및 전자 소재에도 적용할 수 있다. 이로써 자연계에서 열로 변해 손실되는 에너지원도 회수할 수 있게 됐다.
손 교수는 “열원의 형상, 종류, 크기와 관계없이 적용할 수 있다”면서 “새로운 형태의 신재생에너지 발전 시스템으로 자리 잡게 될 것”이라 말했다.
이번 연구에는 UNIST 조욱·최경진·이석빈 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 권범진·김진상·현도빈 박사, 한국전기연구원 이지은 박사 등이 참여했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
