[한국기술뉴스] 경희대학교 응용물리학과 이종수 교수 연구팀은 높은 열전성능지수의 소재를 개발한 고엔트로피합금 열전복합체를 개발했다. 개발된 기술은 경희대학교 산학협력단을 통해 특허를 출원했다. 특허 명칭은 '고엔트로피합금을 분산한 열전 복합체’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

열전소재는 펠티에 효과 및 제백 효과를 이용해 열에너지와 전기에너지를 변환시키는 소자입니다. 펠티에 효과는 열전 소재에 전류를 흘려주어 열전 소재 양단에 온도차를 발생시키는 현상입니다. 전기를 이용해 흩어져 있는 전자를 모아 전기가 모인 곳은 발열이 되고, 반대쪽은 냉각됩니다. 제벡 효과는 열전 소재 양단에 온도차를 발생시켜 전위차가 발생하는 현상으로, 전위차를 이용해 열을 전기로 변환할 수 있습니다.

열전소재로 만든 열전모듈은 온도차에 따라 열을 전기로 변환시키고, 반대로 전기를 이용해 온도차를 발생시킬 수 있습니다. 열전모듈의 성능을 높이기 위해서는 소재의 열전성능이 높아야 합니다. 즉, 온도차에 의한 전위차가 커야 하며, 전기가 잘흘러야 하고, 동시에 온도차를 유지하기 위해 열전도도가 낮아야 합니다. 그러나 세 물리량은 서로 연관되어 있어서 하나가 좋아지면 나머지 물리량이 나빠지는 교환상쇄관계가 있기 때문에 열전성능지수가 높은 소재의 개발이 매우 어려운 상황입니다.

경희대학교 이종수 교수 연구팀은 비스무스 텔루라이드(BiTe)계열의 열전재료 분말과 고엔트로피 합금 분말을 섞은 후 고온 고압으로 소결하여 열전 복합체를 제조하는 기술을 통해, 제벡계수의 큰 감소 없이 열전도도를 감소시켜 높은 열전성능지수를 갖는 열전 복합체를 발명했습니다.

연구팀은 실험을 통해 고엔트로피합금이 함유된 열전 복합체가 종래의 열전 복합체보다 포논 산란의 양이 많은 것을 확인했습니다.

이것은 고엔트로피합금이 전하의 산란을 증가시켜 제백계수의 큰 감소 없이 높은 열전성능지수를 갖는 열전 복합체를 제공할 수 있음을 의미합니다. 또한 고엔트로피합금을 이용하여 높은 기계적 강도를 갖는 열전 복합체를 제공할 수 있습니다.

본 발명을 통해 낮은 에너지 효율 문제로 적용이 어려웠던 냉장고, 에어컨, 차량 공조 시스템 등의 분야에 열전재료를 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다.