[더테크=조재호 기자] 서울대학교의 정인 교수 연구팀이 세계 최고 수준의 효율을 지닌 열전 소재를 개발했다. 열전 기술은 폐열을 전기 에너지로 변환하는 친환경 발전 기술로 에너지 효율 향상과 탄소중립에 큰 도움을 준다.

서울대학교 공과대학은 18일 정인 화학생물공학부 교수 연구팀이 세계 최고 성능의 n형 열전 신소재를 개발했다고 밝혔다.

이번에 개발된 신소재는 열전기술에 활용성을 높여 상용화 가능성을 높였다. 열전기술은 폐열을 전기 에너지로 변환하는 것을 말한다. 이는 열전 반도체 소재를 활용한 친환경 발전 기술로 주목받고 있지만 열전 소재의 낮은 성능이 상용화의 걸림돌이었다.

전 세계 에너지 생산량의 약 80%는 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 기반으로 생산되며 전체 생산 에너지 중 67%는 열에너지 형태로 버려진다. 이런 폐열을 회수해 사용할 수 있는 에너지로 변환하는 것은 지구적 에너지 효율 개선과 동시에 인적·물적·환경적 낭비를 막는 방법으로 주목받고 있다.

정인 교수 연구팀은 고체 물질의 결정구조를 원자 단위에서 조작하고 이를 통해 열과 전하 이동 성질을 규정했다. 이들의 독립적 제어를 불가능하게 하는 기본 물리법칙을 깨고 기존 소재의 한계를 넘어서는 연구전략을 개발했다.

이 연구전략으로 원소의 열적 성질과 전기적 성질을 독립적으로 제어해 2.23의 열전성능지수를 기록했다. 이는 현재까지 알려진 n형 다결정 열전 소재 중 최고 성능으로 미 항공우주국 NASA의 화성탐사우주선과 탐색 로버의 에너지원으로 사용된 PbTe계 소재 성능을 크게 뛰어넘는다.

정인 교수 연구팀에 따르면 “이번 연구 성과는 열전 소재의 성능향상을 위한 소재 디자인과 기존 개념을 뛰어넘는 전략 개발의 중요성을 보여준다”며 “열전기술 상용화에 새 지평을 열 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 ‘셀(Cell)’의 자매지인 ‘줄(Joule)’의 3월 7일 자 온라인 최신호에 게재됐다.