[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 한국화학연구원 화학소재연구본부 조성윤 박사팀이 열원(열에너지)의 형태와 관계없이 어디든지 붙일 수 있는 '스펀지형 열전소재'를 개발하는 데 성공했다.

7일 화학연에 따르면 이 열전소재는 구부러지고 늘어나고 압축이 돼 열이 있는 곳 어디에든 붙여 열을 전기 에너지로 바꿔준다.

완전히 유연한 열전소재가 개발된 건 이번이 처음이다.

스펀지형 열전소재의 압축 안정성 실험 결과[사진=한국화학연구원] = 2020.09.07 memory4444444@newspim.com

열전소재는 열을 전기로 바꿔주는 소재로 온도 차에 의해 전기가 발생한다. 일례로 발전소 굴뚝에 열전소재를 부착하면 굴뚝 안쪽의 고온(150도)과 바깥 상온(30도)의 온도 차로 전기가 만들어지는 것이다.

연구팀은 주변에서 손쉽게 구할 수 있는 스펀지에 탄소나노튜브 용액을 코팅했다.

탄소나노튜브를 물리적으로 분산시킨 용매를 스펀지에 도포한 후 용매를 빠르게 증발시킨 것이다.

제조방법이 간단해 대량생산에도 적합하다. 모양을 만들어주는 틀 없이 스펀지를 이용해 열전소재를 만들 수 있기 때문이다. 거푸집 없이 콘크리트 구조물을 만드는 셈이다.

지금까지 대부분의 열전소재는 무기 소재로 만들어진 탓에 유연하지 않았다. 사람의 몸이나 자동차 등 다양한 곡면의 열원에 붙일 수 없을 뿐 아니라 제조공정 자체도 까다롭고 복잡하다.

연구팀이 개발한 스펀지형 열전소재는 열전소재의 전기적 특성과 스펀지 고유의 성질을 그대로 유지하고 있다.

연구팀의 실험 결과 열전소재를 압축하고 복원하는 과정을 1만 번 반복해도 형태는 물론이고 전기적 특성을 안정적으로 유지했다. 스펀지에 기공이 무수히 많아 변형에 강하기 때문이다.

스펀지의 탄성을 이용한 응용도 가능할 것으로 기대된다.

1 저자인 김정원 박사는 "스펀지의 압축되고 복원되는 탄성을 활용해 몸에 부착하는 웨어러블 기기에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 우수한 기계적 성질이 요구되는 자동차 등에도 다양하게 응용할 수 있다"고 말했다.

김정원 박사는 "열전소재 분야 전망는 밝고, 현재 자동차에서 사용하고 난 후의 열이나 온천수를 이용한 열전발전 시작품의 실증실험이 진행되고 있어 앞으로 관련 기술 수요도 증가할 것으로 예측된다"고 했다.

국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 그 우수성을 인정받아 에너지 소재 분야 권위지인 '나노 에너지(Nano Energy)' 8월호에 게재됐다.

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