열전소재 벌집구조로 3D프린팅
연료 손실 최소화·경량화 구현

▲ 벌집구조의 발전기 열전소재 기술을 개발한 UNIST 신소재공학과 손재성 교수, 주혜진 연구원, 추승준 연구원, 채한기 교수.
UNIST(울산과학기술원) 연구진이 꿀벌 집 구조로 발전기의 열전소재를 찍어내 열전발전기의 내구성과 효율을 크게 높인 기술을 개발했다.

UNIST는 신소재공학과 손재성·채한기 교수팀과 애리조나 주립대 권범진 교수가 열전소재인 구리-셀레나이드(Cu2Se)를 벌집 형태로 3D 프린팅해 발전기 내구성과 효율을 높이는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

열전발전은 온도차를 전기로 바꾸는 차세대 발전이다. 열전소재 양 끝단에 온도차가 생기면 소재 내부에 전류가 흐르는 힘이 생기는 원리(제벡효과)를 이용한다. 공장이나 항공기, 자동차 등에서 나오는 폐가스의 열을 전기로 바꿀 수 있어 에너지 재활용 기술로도 주목받고 있다.

연구팀은 열전소재를 단위세포 구조가 여러 개 빈틈없이 연결된 형태인 ‘세포형 구조’로 제작했다.

벌집처럼 단위세포를 육각기둥 형으로 만들면 외력을 효과적으로 분산시킬 뿐만 아니라 열전소재 원료를 더 적게 써 경량화도 가능하다.

연구팀은 3D 프린팅용 잉크를 만들기 위해 무기물 결합제(셀레늄)를 썼다.

벌집구조 열전소재로 발전기로 만들었을 때의 성능도 컴퓨터 시뮬레이션 했다. 실험 결과 벌집구조는 직육면체 평판 형태 발전기보다 온도차를 전기로 변환하는 성능이 26% 이상 높았다.

손재성 교수는 “3D 프린팅 기술로 소재의 기계적 물성을 보완하는 복잡한 구조를 구현하고, 버려지는 원료 손실도 최소화 할 수 있는 뛰어난 기술”이라며 “경량화와 내구성이 동시에 필요한 우주·항공 기술과 자동차 산업에 응용할 수 있을 것”으로 기대했다.

차형석기자 stevecha@ksilbo.co.kr

 

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