Thermoelectricity

연구분야 Thermoelectricity

열전기술은 제벡 효과와 펠티에 효과라는 두 가지 연관된 메커니즘을 통해 열에너지(혹은 온도구배)를 전기에너지로, 혹은 그 반대로 전기에너지를 열에너지로 직접 변환하는 기술이다 (그림 1).

그림 1. 열전현상 개략도

일반적인 열전소자는 고체(solid-state) 에너지 변환장치로, 전기적으로는 직렬, 열적으로는 병렬로 연결된 다수의 n-타입과 p-타입의 반도체 쌍으로 구성되어 있다 (그림 2). 이 장치는 폐열을 활용하여 전기에너지를 생산하는 발전기 또는, 전기에너지를 활용하여 온도구배를 만드는 냉동기나 히트 펌프로 사용될 수 있다. 열전소자는 움직이는 부품이 없기 때문에, 기본적으로 반영구적인 수명을 가지고 있으며 유지/보수가 거의 필요 없다. 그리고 매우 높은 전력밀도를 가지고 있어 소형화된 시스템에 적합하다. 이와 같은 장점으로 인해, 열전소자는 현존하는 기술이 적용되지 못하는 다양한 영역에 적용 가능한 잠재성을 가지고 있다.

그림 2. 많은 수의 p- 및 n-형 반도체쌍으로 구성되는 일반적인 열전 소자 개략도.

열전소자의 에너지 변환 효율은 소자에 사용되는 소재의 효율에 크게 영향을 받기 때문에, 다양한 열전소재의 효율을 향상시키기 위한 연구가 매우 중요하다. 그리고 이러한 연구는 열과학, 재료과학, 무기화학, 그리고 고체물리학 등에 걸친 다학제적 지식을 필요로 한다.

우리 연구진은 새로운 열전소재의 발견 및 기존 재료의 성능을 향상시키는 연구를 통해, 효율적인 열전소자를 개발하기 위해 전념하고 있다. 소재 단위의 연구뿐만 아니라, 고효율을 가지는 유연 열전소자 등 새로운 개념의 소자를 개발하는 연구도 활발히 진행하고 있다.