의학·과학 >

"겨울·여름엔 단열재로… 봄·가을엔 발전기로…"

화학연구원, 스펀지형 열전소재 개발

"겨울·여름엔 단열재로… 봄·가을엔 발전기로…"
한국화학연구원 화학소재연구본부 조성윤 박사팀이 스펀지에 탄소나노튜브를 코팅해 만든 스펀지형 열전소재. 화학연구원 제공
[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 온도차를 이용해 전기를 만드는 기술을 적용해 탄소나노튜브를 코팅한 스펀지를 만들었다. 연구진은 완전히 유연한 열전소재가 개발된 건 이번이 처음이며 이 스펀지를 압축하면 더욱 전기가 많이 만들어진다고 설명했다.

한국화학연구원 화학소재연구본부 조성윤 박사팀이 어디든지 붙여 열을 전기로 바꿔주는 '스펀지형 열전소재'를 개발했다. 이번 연구논문의 제1저자인 김정원 박사는 7일 "이 스펀지를 일교차가 큰 겨울과 여름에는 단열재로 쓰고 봄과 가을에는 압축해 전기를 생산하는 등 패시브하우스에 사용하는 아이디어에서 출발했다"고 설명했다.

연구진은 가로 5㎝, 세로 5㎝, 높이 2.5㎝ 크기의 스펀지형 열전소재를 만들어 온도를 55℃ 차이가 나는 환경에서 실험했다. 이 소재를 0.5㎜로 압축한 결과 초당 2㎼(마이크로와트)의 전기를 생산해 냈다. 열전소재를 압축하고 복원하는 과정을 1만번 반복해도 형태는 물론이고 전기적 특성을 안정적으로 유지했다. 김정원 박사는 "이번 실험에서 작은 크기로 만들었지만 더 크게 만든다면 전기를 더 많이 만들어 낼 수 있다"고 말했다.

지난해 조성윤 박사팀이 탄소나노튜브를 이용해 유연한 열전소재를 만드는 데 성공했다. 열전소재는 딱딱하다는 고정관념을 깨고, 스펀지와 유사하면서도 높게 쌓을 수 있는 탄소나노튜브 폼을 만든 것이다.

하지만 소재 자체가 완전히 유연한 건 아니었다. 압력을 가하면 부서지는 것도 문제였다. 이런 이유로 열전소재를 고무 기판에 넣어 사용해야 했다. 이번에는 아예 스펀지로 열전소재를 만들어 이 같은 문제를 해결한 것이다.

"겨울·여름엔 단열재로… 봄·가을엔 발전기로…"
한국화학연구원 화학소재연구본부 조성윤 박사팀이 스펀지에 탄소나노튜브를 코팅해 만든 스펀지형 열전소재로 전기를 생산하고 있다. 화학연구원 제공
연구진은 주변에서 손쉽게 구할 수 있는 스펀지에 탄소나노튜브 용액을 코팅했다. 탄소나노튜브를 물리적으로 분산시킨 용매를 스펀지에 입힌 후, 용매를 빠르게 증발시킨 것이다.

제조방법이 간단해 대량생산에도 적합하다.
모양을 만들어주는 틀 없이 스펀지를 이용해 열전소재를 만들 수 있기 때문이다.

한국화학연구원 조성윤 박사는 "지금까지 개발된 유연한 소재는 지지체나 전극의 유연성을 이용한 것"이었다면서 "소재 자체가 유연한 건 이번 스펀지형 열전소재가 처음이고 제조방법도 간단해 대량생산도 가능하다"고 설명했다.

이번 연구성과는 그 우수성을 인정받아 에너지 소재 분야 권위지인 '나노 에너지' 8월호에 게재됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자