국내 연구진, 찢고 구겨도 멀쩡한 '열↔전기' 변환소재 개발

허광무 기자 기자 페이지

(울산=연합뉴스) 허광무 기자 = 국내 연구진이 쉽게 늘어나고, 구겨지거나 찢어져도 금세 복원되는 고효율 열전소재(열에너지와 전기에너지를 상호 변환할 수 있는 소재)를 개발했다.

장성연 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀과 전주원 국민대 응용화학부 교수팀은 자가 치유 능력과 신축성을 동시에 지닌 '이온성 고분자 열전소재'를 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.

스마트 워치나 가상현실(VR) 안경 등과 같은 착용하는 전자기기(웨어러블 디바이스)가 상용화하면서, 몸에서 나는 열을 전기에너지로 바꿔 전자기기에 전원을 공급하는 '열전발전'에 대한 연구가 활발하다.

열전발전은 온도 차가 발생하면 전류가 흐르는 열전소재를 이용하는데, 높은 효율을 지니는 열전소재는 대부분 딱딱한 무기물질이다. 유리가 신축성이 없고 쉽게 파손되듯, 무기물 기반 열전소재도 인체 움직임 때문에 발생하는 변형이나 기계적 손상에 취약하다.

반대로 유기물 기반 열전소재는 유연하고 신축성이 좋지만, 열전변환 효율이 높지 않다는 문제가 있다.

공동 연구팀은 '전도성 고분자'와 '전해질 고분자'를 이용해 높은 열전변환 성능을 갖는 유기물 기반 열전소재를 개발했다.

개발한 소재는 전자 대신 이온이 움직여 전압이 발생하기 때문에 유기고분자임에도 열전변환 효율이 높다. 또 구조 내부의 물리적 가교 덕분에 높은 신축성을 지녔고, 찢어져도 스스로 붙어 복원하는 능력도 있다.

개발된 열전소재의 열전 성능 지수(ZT·소재 내에서 발생한 온도 차이를 전기에너지로 변환하는 능력을 나타내는 지표)는 1.04로 지금껏 개발된 유기열전소재 중 가장 높다. 일반적인 유기열전소재의 지수는 0.3 이하 수준이다.

신축성도 좋아 원래 길이의 7.5배까지 늘어날 수 있으며, 반복적인 늘림과 절단에도 열전 성능을 유지했다.

이 열전소재를 이용하면 전기에너지를 생산하고 바로 저장할 수 있는 에너지 소자 제조도 가능하다.

장 교수는 "높은 열전변환 효율과 자가 치유 특성을 동시에 지니는 유기 열전소재를 최초로 개발했다"라면서 "웨어러블 자가전원을 개발하는 연구에 새로운 전기를 마련한 것"이라고 평가했다.

이번 연구는 에너지 분야에서 권위 있는 학술지인 '에너지와 환경과학'(Energy and Environmental Science) 5월 15일 자 온라인에 게재됐으며, 출판을 앞두고 있다.

hkm@yna.co.kr

제보는 카카오톡 okjebo <저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포, AI 학습 및 활용 금지> 2020/06/18 12:00 송고