광주과학기술원(GIST)은 홍석원 화학과 교수팀이 결정성을 떨어뜨려 열전도도를 감소시키는 동시에 전기전도도 및 열전특성을 증가시키는 전도성 고분자 열전소자를 개발했다고 30일 밝혔다.
연구팀은 전자 주개인 루이스 염기에서 전자 받개인 루이스 산으로 전자가 이동하며 생성되는 루이스 산-염기 복합체 형성으로 도핑이 가능한 아세탈 기능기가 부착된 새로운 형태의 전도성 고분자를 이용했다. 종전 전도성 고분자 열전소자 연구는 금속 물질과 같은 단단한 결정성을 유도해 전도성과 열전성능을 향상시키는 데 집중돼 있었다. 결정성을 향상시키면 열전도도 역시 증가해 결국 열전성능이 감소하는 문제가 발생했다.
연구팀이 새로 개발한 전도성 고분자 열전소자는 결정성을 낮춤으로써 열전도도가 기존 대비 60% 감소했다. 낮아진 결정질에도 불구하고 향상된 파이 겹침(공액고분자 방향족 화합물 골격구조가 마주 보며 쌓여서 생기는 구조)으로 무려 30배 높은 전도도와 6배 높은 열전특성을 확인할 수 있었다.
이번 연구 성과는 저렴한 전도성 고분자 열전소자의 성능을 대폭 향상해 상용화 가능성을 높였다. 전기자동차, 웨어러블 디바이스, 로봇 등 첨단기기 뿐만 아니라 공장과 발전소 같은 산업체에서 발생하는 열을 재활용해 에너지 효율을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
홍석원 교수는 “기존 연구방향과 반대로 결정성을 낮춰서 전도성 고분자의 전도성을 높이는 새로운 연구 방향을 제시했다는 데 의미가 있다”며 “전도성 고분자 열전소자 성능 향상과 상용화에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 기후변화 대응사업 및 차세대에너지연구소 주관 지스트 개발과제로 이뤄졌다. 연구결과는 국제학술지 '케미스트리 오브 머터리얼즈' 온라인에 게재됐고, 내지 삽화 논문으로 선정됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
