국내 연구진, 친환경 열전 소재 기술 개발…웨어러블 기기·산업 폐열 활용 기대

국내 연구진이 물체 간 온도 차이를 이용해 전기를 생산하는 친환경 열전 소재 기술을 개발했습니다. 이번 기술은 기존 열전 소재 대비 저렴하면서도 대량 생산이 가능해, 상용화에 성공할 경우 웨어러블 기기와 산업 폐열 회수 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 전망됩니다.

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📌 연구 성과 개요

한국화학연구원과 고려대학교 신소재공학부 공동 연구팀은 구리황화물(CuS) 기반의 열전 소재 박막 제조 기술을 개발했다고 밝혔습니다. 이 연구는 국제 학술지 ‘인포멧(InfoMat)’의 11월 표지 논문으로 발표되며, 기술의 중요성을 인정받았습니다.

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💡 열전 소재란?

열전 소재는 물체 간의 온도 차이를 전기로 변환할 수 있는 기술로, 에너지 효율 향상과 탄소 배출 저감에 크게 기여합니다.

• 기존 열전 소재:
  • 비스무스 텔루라이드(Bi₂Te₃), 리드 텔루라이드(PbTe) 등 합금 소재 사용.
  • 문제점: 고비용, 독성 물질 포함으로 대량 생산 및 친환경 에너지 활용에 제약.

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🚀 연구팀의 혁신: 구리황화물(CuS) 기반 열전 소재

연구팀은 기존 소재의 한계를 극복하기 위해 인체에 무해하고 저렴한 구리황화물(CuS)에 주목했습니다.

주요 기술적 혁신

1. CuS 박막 제조 방식:
   • 구리 호일을 황 용액에 담가 결정화 과정을 정밀 제어.
   • 기존 화학적 합성법보다 단순하고, 대면적 생산 가능.
2. 효율성 개선:
   • CuS 박막을 미세 기둥 구조로 설계해 열 이동 차단.
   • 온도 차가 오래 유지되도록 설계해 열-전기 변환 효율 극대화.
3. 성능지수(ZT):
   • 367.85℃에서 ZT 값 0.91 기록.
   • 기존 성능지수 1에 근접, 다양한 산업 기계에 적합.
4. 실용성:
   • 40℃ 온도 차에서 밀리와트 수준의 전력을 생성, 저전력 센서에 활용 가능.

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🌍 응용 가능성과 미래 전망

1. 웨어러블 기기

• CuS 기반 박막은 가볍고 유연하여 웨어러블 디바이스에 이상적.
• 체온과 외부 온도 차이를 활용해 전력 생산 가능.

2. 산업 폐열 회수

• 발전소, 선박, 차량 등에서 손실되는 폐열을 전기로 변환해 에너지 효율 극대화.
• 폐열 회수 시장 개척 가능성.

3. 에너지 하베스팅

• 다양한 저전력 장치에 적용해 지속 가능하고 친환경적인 에너지 공급.

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🔑 연구의 차별성

• 친환경: 독성 물질 없이 안전한 소재 사용.
• 경제성: 저렴한 재료로 대량 생산 가능.
• 정밀한 구조 설계: 원하는 형태로 쉽게 제작 가능.

이영국 한국화학연구원 원장은 “이번 기술은 에너지 효율성을 높이고 온실가스 배출을 줄이는 데 중요한 기여를 할 것”이라며, 미래 에너지 문제 해결의 핵심 기술로 자리 잡을 것이라고 강조했습니다.

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📊 열전 소재 시장의 기대 효과

• 에너지 절약: 폐열 활용으로 산업 전반의 에너지 효율 개선.
• 온실가스 감축: 탄소 배출 감소에 기여.
• 산업 혁신: 웨어러블 기기와 스마트 센서 기술 발전.

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📖 Q&A: 친환경 열전 소재에 대해 알아야 할 것들

Q1. 열전 소재 기술이 왜 중요한가요?

열전 소재는 산업 폐열 회수와 웨어러블 기기의 전력 공급 등 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하며, 탄소 중립 실현에 기여합니다.

Q2. 이번 연구의 핵심 성과는 무엇인가요?

구리황화물(CuS)을 활용한 열전 소재 개발로 저비용, 친환경, 대량 생산 가능성을 입증한 것이 핵심입니다.

Q3. 상용화 가능성은 얼마나 될까요?

연구팀은 웨어러블 기기와 에너지 하베스팅 기술에 적용해 상용화를 추진 중이며, 폐열 회수와 같은 산업적 응용도 가시화되고 있습니다.

 

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친환경 열전 소재는 지속 가능한 에너지 기술의 핵심으로, 일상과 산업에 새로운 가능성을 열고 있습니다. 이번 연구는 경제성과 친환경성을 모두 갖춘 기술로, 에너지 문제 해결의 새로운 장을 열어갈 것입니다. 🌱