화학연, '유연한 스펀지형 열전소재' 개발
제조 간단, 대량생산 가능해 웨어러블 기기에 활용
스펀지를 이용해 열이 있는 곳이면 어디서든 전기에너지를 생산하는 새로운 열전소재가 나왔다. 스펀지에 탄소나노튜브 용액을 코팅해 용매를 증발시키는 방식으로 손쉽게 만들 수 있어 사람의 몸이나 자동차 등 다양한 곡면의 열원에 붙여 활용할 수 있을 전망이다.
한국화학연구원은 조성윤 박사 연구팀은 열이 있는 곳에 부착해 열을 전기에너지로 바꿔주는 '스펀지형 열전소재'를 개발했다고 7일 밝혔다.
열전소재는 열을 전기로 전환하는 소재로, 온도 차에 의해 전기가 발생한다.
가령, 발전소 굴뚝에 열전소재를 붙이면, 굴뚝 안의 고온과 바깥 상온의 온도 차로 전기가 만들어진다.
연구팀은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 스펀지를 이용했다. 스펀지에 전기전도도가 우수하고, 기계적 강도가 강한 탄소나노튜브를 분산시킨 용매를 코팅한 후, 용매를 빠르게 증발시켜 만들었다. 거푸집과 같은 일정한 모양을 만들어 주는 틀 없이 스펀지를 이용해 유연한 열전소재를 보다 손쉽고 대량 제조에 성공한 것이다.
지금까지 대부분의 열전소재는 무기 소재로 만들어져 유연하지 않아 다양한 곡면에 활용할 수 없었다. 유연 소재 역시 지지체나 전극 등의 유연성을 이용한 것으로, 소재 자체를 유연하게 만든 건 이번이 처음이다.
연구팀이 만든 스펀지형 열전소재는 1만번 이상 열전소재를 압축하고 복원하는 과정을 반복해도 스펀지 고유의 성질과 형태를 그대로 유지할뿐 아니라, 전기적 특성을 안정적으로 유지한다. 이는 스펀지에 기공이 무수히 많아 변형에 강하기 때문이라고 연구팀은 설명했다.
특히 스펀지의 탄성을 이용해 발전량도 높였다. 압력이 커질수록 발전량이 높아지는 스펀지의 탄성 원리로 압축 전과 비교해 10배 높은 발전량을 기록했다.
논문1저자인 김정원 화학연 박사는 "스펀지가 압축·복원되는 탄성을 활용해 웨어러블 기기와 자동차 등에 다양하게 적용할 수 있다"며 "자동차 사용 후의 열이나 온천수를 이용한 열전발전 시작품에 대한 실증실험도 진행하고 있다"고 말했다.
이 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지 '나노 에너지(8월호)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
조성윤 화학연 박사 연구팀이 개발한 '스폰지형 유연 열전소재'를 제작하는 과정으로, 열이 있는 곳이라면 어디에든 붙여 열을 전기에너지로 바꿔 생산할 수 있다.
