화학연구원, 완벽히 유연한 '열전소재' 개발 성공

스펀지 활용해 구부러지고 늘어나고 압축 가능
웨어러블 기기·자동차 등에 적용 기대, 국제 학술지 게재
스펀지의 탄성을 이용한 응용연구도 기대

[대전=뉴시스] 스펀지형 열전소재의 압축 안정성 실험 결과.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 곡선이나 압축된 상황 등 어디에든 붙여 열을 전기 에너지로 바꿔줄 수 있는 완벽한 수준의 유연한 열전소재를 개발했다.

한국화학연구원은 화학소재연구본부 조성윤 박사팀이 열원의 형태와 관계없이 어디든 붙일 수 있는 '스펀지형 열전소재'를 처음으로 개발하는데 성공했다고 7일 밝혔다.

이번 연구에서 조 박사팀은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 스펀지에 탄소나노튜브 용액을 코팅했다.

이는 탄소나노튜브가 물리적으로 분산된 용매를 만들어 스펀지에 도포한 뒤 이 용매를 빠르게 증발시키는 방법으로 이 제조방법은 모양을 만들어주는 틀 없이 스펀지를 이용해 열전소재를 만들 수 있어 공정이 매우 간단하다.

지금까지 대부분의 열전소재는 무기 소재로 만들어진 탓에 유연하지 않아 다양한 곡면의 열원에 붙일 수 없었고 제조공정도 까다롭고 복잡했다.

탄소나노튜브는 전기전도도가 높고 기계적 강도가 강하며 자원이 풍부하기 때문에 유연한 열전소재 연구에서 주목받아 왔다.

이에 앞서 지난해 화학연구원 조성윤 박사팀은 탄소나노튜브를 이용해 유연한 열전소재를 만드는 데 성공했다.

하지만 당시에는 소재 자체가 완전히 유연하지 못해 압력을 가하면 부서지는 문제가 있었다.

[대전=뉴시스] 스폰지형 소재를 활용한 열전소자 제작 과정.

이번 연구에서 조 박사팀은 스펀지로 열전소재를 만들어 이 같은 문제를 해결했다.

조성윤 박사는 "지금까지 개발된 유연한 소재는 지지체나 전극의 유연성을 이용했다"며 "소재 자체가 유연한 건 이번 스펀지형 열전소재가 처음이고 제조방법도 간단해 대량생산이 가능하다"고 설명했다.

이번에 개발된 스펀지형 열전소재는 실험을 통해 압축하고 복원하는 과정을 1만번 반복해도 형태는 물론이고 전기적 특성을 안정적으로 유지하는게 확인됐다.

또 열전소재를 압축했을 때 최대 2㎼(마이크로와트)의 전기를 생산, 압축 전과 비교해 발전량이 10배 정도 증가하는게 확인돼 스펀지의 탄성을 이용한 응용도 가능할 것으로 기대된다.

연구성과는 에너지 소재 분야 권위지인 '나노 에너지(Nano Energy, IF:16.602"'8월호에 게재됐다.(논문명:Elastic thermoelectric sponge for pressure-induced enhancement of power generation)

논문 제1 저자인 김정원 박사는 "스펀지의 압축되고 복원되는 탄성을 활용해 몸에 부착하는 웨어러블 기기에 적용할 수 있을 뿐 아니라 우수한 기계적 성질이 요구되는 자동차 등에도 다양하게 응용할 수 있다"며 "열전소재 분야가 부각되고 있어 해당분야 기술수요도 증가할 것으로 예상된다"고 말했다.

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