한국전기연구원(KERI·원장 김남균)이 열전발전 모듈의 경제성과 친환경성을 크게 높일 수 있는 금속화 공정 기술을 개발했다.
주역은 KERI 전기변환소재연구센터 주성재 박사팀. 주 박사 연구팀은 친환경 신소재 '마그네슘 안티모나이드(Mg3Sb2)'를 이용해 시제품 제조에 성공했다.
열전발전은 p형(+)과 n형(-)으로 구성된 열전반도체 소재 위아래에 각각 전극을 형성하고 양 끝 온도 차이를 전기에너지로 변환하는 기술이다.
그동안 전극으로는 니켈(Ni)을, 열전반도체 소재로는 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3)를 활용했는데 주요 구성 원소인 텔루륨(Te)이 매우 희귀해 가격이 높다는 단점이 있었다.
연구팀은 니켈 대신 마그네슘-구리 호일을 전극으로 활용해 n형 마그네슘 안티모나이드에 효과적으로 접합하고 개량된 열전발전 모듈을 손쉽게 제조하는 신개념 금속화 공정 기술을 개발했다.
특히 이 기술은 건식공정에서 금속 호일을 열전반도체 위아래에 직접 붙여 전극을 완성하는 비교적 간단한 공정으로 재현성과 확장성이 높고 양산에도 유리하다.
연구팀은 금속화 공정 기술을 기반으로 하이브리드 열전모듈 시제품을 제작하고 성능 검증까지 진행했다. 그 결과 기존 비스무스 텔루라이드만을 사용했을 때보다 제조원가는 20% 이상 줄이면서 동등한 수준의 성능(온도차 100℃ 인가 시 출력밀도 0.1W/cm2 이상 확보)을 확인했다.
국내외 특허 출원까지 마친 KERI는 이번 성과가 열전발전을 통해 에너지 비용을 절감하려는 산업계의 많은 관심을 받을 것으로 보고 수요 기업을 발굴해 기술이전에 나선다는 계획이다.
주 박사는 “열전발전 업계에서 마그네슘 안티모나이드의 장점은 익히 알려졌지만 전극까지 만드는 금속화 과정이 어렵다 보니 실험실 수준에만 머무르고 실용화에 필요한 모듈 단계까지는 가지 못했다”며 “우리의 성과는 금속화 과정에서의 한계를 극복했을 뿐만 아니라 상용화 측면에서도 큰 의의를 지닌다”고 밝혔다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
