한국과학기술연구원(KIST)은 정승준 소프트융합소재연구센터 박사팀이 서울대학교 홍용택 전기정보공학부 교수와의 공동연구를 통해 높은 발전 성능을 가진 신축성 열전소자를 개발했다고 30일 밝혔다. 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다.

열전소자는 소재 양 끝의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업 현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 전기에너지로 바꾼다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서 효율이 떨어졌다.

최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업 현장의 온수 파이프 등 다양한 형태에 부착할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 진행되고 있다.

연구팀은 무기물 기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결했다. 그 결과 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높일 수 있었다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력과 전력 생산 효율을 높였다.

연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다.

개발한 소자는 유연 기판 등 다양한 환경에서의 전력 관리 기술이 발달하면, 산업 현장의 고온 감지 센서나 배터리 없는 센서로 자율주행차 등에 활용될 수 있다.

정승준 박사는 “연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여줬고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정”이라며 “개발된 기능성 복합재료, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 잇을 것”이라고 연구 의의를 밝혔다.

구교현 기자 kyo@greendaily.co.kr