에너지硏, 우주산업 에너지부품 '열전소자' 개발

[대전=뉴시스] 에너지연구원서 개발한 산화물 금속화층 기반 중고온 열전소자.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국에너지기술연구원은 에너지네트워크연구실 박상현 박사 연구팀이 세계 최초로 산화물 금속화층을 기반으로 한 '초고신뢰성 중고온 열전소자'를 개발했다고 23일 밝혔다.

열전소자는 열에너지를 전기로 변환하는 에너지 소자로, 열을 가하면 전기를 생성하고 전기를 가하면 흡열 반응을 보이는 특성이 있어 온도계나 냉각장치 등에 사용된다.

기존 중고온 열전소자 기술은 티타늄(Ti)과 같은 고융점의 금속소재를 이용해 금속화층을 형성했고 작동온도가 300~700도로 높아 장기간 안정적인 작동에 한계가 많았다.

특히 열전소재와 전극을 연결해주는 계면인 금속화층은 고온에서 열팽창과 수축을 반복하며 균열이 발생, 소자가 파손되기 쉽고 열전소재의 열화나 성능저하를 초래했다.

이번에 연구진이 개발한 산화물 금속화층 기술은 고온에서 상대적으로 안정화된 전도성 인듐주석 산화물을 열전소재 표면에 적용해 금속화층을 형성하는 기술이다.

이 기술은 기존 확산 열화문제를 최소화하면서 낮은 접촉저항의 우수한 특성을 보인다.

소자의 장기 신뢰성을 테스트한 결과, 500도까지의 열반복 실험 시 기존 기술인 Ti 기반 열전소자는 출력이 감소하는 반면 산화물 금속화층 기반 열전소자는 출력저하가 거의 없는 우수한 성능을 보였다.
 
또 산화물 금속화층 소자는 Ti 금속 기반 열전소자 대비 80% 가량 확산 열화를 억제시키는 안정성도 확인됐다.

연구책임자인 박상현 박사는 "개발된 산화물기반 중고온 열전소자 기술은 우주산업에서 요구하는 에너지 발전 시스템을 충족시켜줄 수 있는 핵심 요소기술"이라며 "이를 기반으로 한국형 우주산업용 열전소자를 목표로 후속 연구를 수행한다면 중국 우주산업을 따라잡고 나아가 세계 기술을 선도할 수 있는 기회가 될 것"이라고 밝혔다.

연구성과는 에너지 분야 국제저널인 '어플라이드 에너지 머티리얼즈'(Applied Energy Materials)에 지난 2월 게재됐다.(논문명:Development of Indium-Tin Oxide Diffusion Barrier for Attaining High Reliability of Skutterudite Modules)


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