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연구 결과가 소개된 ‘케미스트리 오브 머터리얼즈’ 내지 삽화. |
온도 차이로 전력이 발생하는 제벡효과를 이용해 전력을 생산하는 열전소자는 산업체 및 인체에서 버려지는 열로 전력을 생산할 수 있어 최첨단 에너지 소자로 주목받고 있다.
연구팀은 루이스 산-염기 복합체 형성을 통해 도핑이 가능한 아세탈 기능기가 부착된 새로운 형태의 분자로 구성된 전도성 고분자를 이용했다.
기존 전도성 고분자 열전소자 연구는 금속 물질과 같은 단단한 결정성을 유도하여 전도성과 열전성능을 향상시키는데 집중돼 있었다. 그러나 결정성을 향상시키면 열전도도 역시 증가해 결국 열전성능이 감소하는 문제가 발생한다.
연구팀이 개발한 전도성 고분자 열전소자는 결정성을 낮춤으로써 열전도도가 기존 대비 60% 감소됐으며, 기존 통념과 달리 낮아진 결정질에도 불구하고 향상된 파이 겹침으로 인해 무려 30배 높은 전도도와 6배 높은 열전특성을 확인할 수 있었다.
이번 연구 성과는 저렴한 전도성 고분자 열전소자의 성능을 대폭 향상해 상용화의 가능성을 높였다. 또 전기자동차와 웨어러블 디바이스, 로봇 등 첨단 기기뿐만 아니라 공장과 발전소 같은 산업체에서 발생하는 열을 재활용하여 사회 전반적인 에너지 효율을 높일 것으로 보인다.
홍 교수는 “기존 연구방향과 반대로 결정성을 낮춰서 전도성 고분자의 전도성을 높이는 새로운 연구 방향을 제시했다”며 “전도성 고분자 열전소자의 성능 향상과 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘케미스트리 오브 머터리얼즈’ 3월 2일자 온라인으로 게재되었고, 내지 삽화 논문으로 선정됐다.
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