열전소재를 벌집 구조로 찍어내 열전발전기 내구성과 효율을 크게 높일 수 있는 기술이 개발됐다.
UNIST(총장 이용훈)는 손재성·채한기 신소재공학과 교수팀과 권범진 미국 애리조나주립대 교수가 공동으로 열전소재인 구리-셀레나이드를 벌집 형태로 3D프린팅하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
벌집 구조는 힘을 분산해 열전소재의 손상을 막는다. 열 확산도 효과적으로 억제해 발전기 효율을 높여준다.
열전발전은 온도차를 전기에너지로 바꾸는 차세대 발전기술이다. 하지만 열전소재는 다른 소재에 비해 기계적 내구성이 약하다. 반복적으로 열 팽창과 수축, 기계 진동에 노출돼 미세균열 같은 구조적 손상을 입기도 쉽다.
공동 연구팀은 열전소재로 잉크를 만들고 이를 3D프린팅에 적용해 열전소재를 세포형 구조로 만들어 이 같은 문제를 해결했다. 세포형 구조는 여러 개의 단위 세포를 빈틈없이 연결한 형태다.
연구팀은 벌집구조 열전소재로 발전기로 만들었을 때의 성능도 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인했다. 벌집구조는 직육면체 평판 형태 발전기보다 온도차를 전기로 변환하는 성능이 26% 이상 높았다.
손재성 교수는 “3D프린팅 기술로 열전소재의 기계적 물성을 보완하는 복잡한 구조를 구현했다. 버려지는 원료 손실도 최소화할 수 있는 뛰어난 기술”이라며 “경량화와 내구성이 동시에 필요한 우주·항공이나 자동차 산업에 응용할 수 있을 것”이라 말했다.
이번 연구는 '네이쳐 커뮤니케이션즈' 6월 10일자 온라인판에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
