김성웅 IBS 연구위원
'열전소재'는 열을 전기로 바꿔주는 소재다.
정확하게는 소재 양 끝의 온도 차를 이용해 전기를 생산하는 소재를 말한다.
따라서 온도 차가 크면 클수록 전기를 많이 생산할 수 있다.
더욱 중요한 게 소재 자체의 성능이다. 열을 전기로 변환하는 효율이 높은 소재일수록 같은 온도 차에서도 더 많은 전기가 나온다.
열전소재의 성능이 높아지려면 소재의 전기전도도는 높이고 열전도도는 낮춰야 한다.
특히 열전도도가 핵심인데 열전도도가 높으면 소재 양 끝 온도 차가 이내 사라지기 때문이다.
하지만 일반적으로 전기전도도가 높아지면 열전도도 역시 높아지고 열전도도가 낮아지면 전기전도도 또한 낮아진다.
세계적으로 열전소재 성능을 높이려는 시도가 활발하게 전개되고 있지만, 눈에 띄는 성과가 좀처럼 나오지 않는 까닭도 이런 근본적 한계 때문이다.
그런데 국내 학자들이 이 한계를 극복할 수 있는 길을 열었다.
미래창조과학부 산하 기초과학연구원(IBS) '나노구조물리연구단'과 삼성전자종합기술원, 성균관대가 참여한 연구진이 열전소재 성능을 획기적으로 높인 것이다.
이들 국내 연구진은 열전소재 제조 과정에서 열전도도는 낮추면서 전기전도도는 기존 수준을 유지하는 '액상 소결법'이라는 공법을 개발했다.
국내 연구진은 이를 통해 열전소재의 성능을 기존 미국과 독일, 일본 등 선진국들이 이뤘던 것의 2배 이상 높일 수 있었다.
IBS 김성웅 연구위원은 2일 "이번 연구는 대량생산이 가능한 금속공학적 소결 공정을 이용해 세계 최고 효율의 에너지 변환 열전소자를 구현했다는 데 의의가 있다"고 밝혔다.
이번 연구 결과는 세계 최고 권위의 전문 과학 학술지 '사이언스(Science)' 4월 3일 자에 게재됐다.