온도차를 이용해 전기를 만들 수 있을까[1일IT템]

고려대-GIST 공동연구진, 섬유형 열전발전기 개발
검은곳은 열 흡수하고 흰곳은 열 방출해 최대 22도차

고려대-GIST 공동연구진이 개발한 섬유형 열전발전기는 휘고 늘려도 전기를 만드는 성능이 그대로 유지됐다. 고려대 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 공동연구진이 열을 방출하고 흡수하는 상반된 소재로 온도차에 의해 전기를 만드는 섬유형 열전발전기를 만들었다. 이 발전기는 두 소재간 최대 22도까지 벌어진 온도차를 이용해 최대 약 0.006 ㎽/㎡의 전기 에너지를 만들어냈다. 특히 24시간 밤낮을 가리지 않고 계속해서 전기를 생산했다. 또한 이 발전기는 잘 휘어지고 신축성 있을 뿐만아니라 친환경적으로 만들어 생리식염수에 담궈두면 35일만에 녹아 없어진다.

고려대 황석원 교수와 광주과학기술원 송영민 교수가 함께한 공동연구진은 이 열전발전기를 지난 2일 세계적 과학학술지 '사이언스 어드밴시스 (Science Advances)'에 발표했다.

황석원 교수는 "친환경 섬유를 사용하거나 다양한 에너지 기술과 스마트 그리드 기술이 결합돼 지속가능한 차세대 신재생 에너지원으로써 활용될 것"이라고 말했다.

서로 다른 두 물질에 온도를 다르게 하면 전기가 만들어지는 것이 열전현상이다. 연구진은 열전현상을 극대화 하기위해 복사냉각 소재와 복사가열 소재를 연결시켰다.

우선 복사냉각이 잘 이뤄질 수 있도록 나노섬유 필름을 만들었다. 이 필름은 태양빛을 잘 반사하면서 내부의 열이 잘 빠져나가도록 미세한 구멍을 가지고 있다.

연구진은 나노섬유 필름으로 다양한 날씨 조건의 야외 환경에서 복사 냉각 성능을 평가한 결과, 주변 온도보다 최대 약 8도까지 내려갔다. 특히 필름이 100%까지 늘어난 상태에서도 냉각 성능이 유지됐다.

다음으로 나노섬유 필름에 이와 반대되는 성질의 복사가열 소재를 얼룩말 무늬처럼 필름에 붙였다. 이 복사가열소재는 태양빛을 흡수해 외부온도와 비교해 최대 14도까지 끌어올렸다.

복사 냉각 소재인 나노섬유 필름과 복사 가열 소재 간의 수평 방향 온도를 측정한 결과, 낮에는 최대 22도, 밤에는 약 3도까지 온도차이가 났다.

고려대-GIST 공동연구진이 개발한 섬유형 열전발전기는 생분해성 소재로 이뤄져 생리식염수에 담궈두면 35일만에 완전히 녹아 없어진다. 고려대 제공

연구진은 복사냉각과 복사가열 소재가 연결된 나노섬유필름을 온도차로 전기를 만드는 생분해성 열전 소자에 입혔다. 즉, 밤낮으로 높은 온도 차를 보이는 얼룩말 무늬 나노섬유 필름 층과 온도차에 의해 전기가 만들어지는 열전 소자가 결합해 생분해성 발전기가 만들었다.

연구진은 이 발전기를 야외에서 테스트한 결과, 초소형 전자소자를 구동할 정도의 전기를 만들어냈다. 특히 밤에는 발전 불가능한 태양광 발전과는 달리 24시간 지속적으로 전기를 만들었다. 또한 잡아 늘리거나 휘어져도 발전 성능은 그대로 유지됐다. 연구진은 "높은 열전 성능을 갖는 소재를 접목할 경우 전력 생산을 최대 40 ㎽/㎡ 까지 끌어올릴 수 있다"고 말했다.
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