KPI뉴스 - "열전 성능 4배 향상"…포스텍 연구팀 70년 숙제 풀었다

  • 맑음원주21.5℃
  • 구름많음경주시16.8℃
  • 맑음북강릉13.6℃
  • 맑음세종18.2℃
  • 맑음창원18.6℃
  • 맑음청송군11.5℃
  • 맑음정선군12.0℃
  • 맑음진도군14.6℃
  • 맑음합천15.3℃
  • 맑음동해15.8℃
  • 맑음장수13.4℃
  • 맑음임실15.9℃
  • 맑음부여16.1℃
  • 맑음파주17.2℃
  • 흐림영천16.7℃
  • 맑음서울22.3℃
  • 맑음서산16.3℃
  • 맑음흑산도14.1℃
  • 맑음부산17.0℃
  • 맑음전주18.4℃
  • 흐림울릉도14.0℃
  • 맑음광주19.7℃
  • 맑음제천14.8℃
  • 맑음광양시17.6℃
  • 맑음봉화11.1℃
  • 흐림울산15.4℃
  • 맑음남해16.3℃
  • 맑음천안17.4℃
  • 박무홍성18.1℃
  • 맑음목포17.4℃
  • 맑음대전20.9℃
  • 맑음의성13.0℃
  • 맑음춘천17.6℃
  • 맑음양산시18.2℃
  • 맑음문경14.9℃
  • 맑음충주17.4℃
  • 맑음태백9.7℃
  • 맑음북창원18.1℃
  • 맑음인천18.6℃
  • 맑음여수17.7℃
  • 맑음보은18.3℃
  • 맑음영월15.5℃
  • 맑음거창14.2℃
  • 맑음대관령6.0℃
  • 맑음부안17.2℃
  • 맑음양평19.6℃
  • 맑음순천13.2℃
  • 맑음동두천18.8℃
  • 맑음안동15.3℃
  • 흐림영덕15.6℃
  • 맑음금산16.4℃
  • 맑음강릉15.4℃
  • 맑음수원19.9℃
  • 맑음산청15.4℃
  • 맑음청주21.8℃
  • 맑음북부산17.6℃
  • 맑음강진군16.5℃
  • 맑음홍천18.0℃
  • 맑음추풍령13.5℃
  • 맑음의령군14.2℃
  • 맑음고산17.1℃
  • 맑음상주16.9℃
  • 맑음속초14.6℃
  • 맑음순창군16.9℃
  • 맑음함양군13.9℃
  • 맑음제주18.5℃
  • 맑음성산18.2℃
  • 맑음철원17.2℃
  • 맑음완도16.8℃
  • 맑음대구17.4℃
  • 맑음김해시17.0℃
  • 맑음남원16.8℃
  • 맑음북춘천16.6℃
  • 맑음백령도15.3℃
  • 맑음해남16.8℃
  • 맑음거제16.8℃
  • 맑음보령14.9℃
  • 맑음밀양15.8℃
  • 맑음고흥14.7℃
  • 맑음고창군16.5℃
  • 흐림울진16.3℃
  • 맑음서청주19.6℃
  • 맑음구미15.4℃
  • 맑음서귀포19.2℃
  • 맑음영주13.4℃
  • 맑음군산15.7℃
  • 맑음진주14.1℃
  • 맑음장흥15.9℃
  • 맑음통영17.1℃
  • 맑음이천21.3℃
  • 맑음고창16.9℃
  • 맑음정읍17.6℃
  • 맑음보성군14.7℃
  • 맑음영광군16.0℃
  • 맑음인제13.0℃
  • 흐림포항17.1℃
  • 맑음강화17.9℃

"열전 성능 4배 향상"…포스텍 연구팀 70년 숙제 풀었다

장영태 기자
기사승인 : 2025-09-08 09:43:35
3D 구조와 열 환경을 함께 고려한 세계 최초 '열전 설계 원리' 제시
자동차 배기가스·산업 현장의 폐열 회수 등 다양한 분야 활용 기대

포스텍 화학공학과 손재성 교수 연구팀이 3차원 구조와 열 경계조건을 동시에 고려한 새로운 열전 소자 설계 원리를 세계 최초로 개발했다.

 

▲ 포스텍 화학공학과 손재성 교수. [포스텍 제공]

 

이번 연구성과는 영국 왕립화학회(RSC)가 발행하는 국제 학술지 'Energy & Environmental Science'에 게재됐다.

 

열전 효과란 '열'을 '전기'로, '전기'를 다시 '열'로 바꾸는 현상이다. 이미 자동차 폐열 회수, 우주 탐사선 전력 공급 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며 차세대 재생에너지 기술로 떠오르고 있다.

 

하지만 기존 이론은 70여 년 전 제시된 1차원 구조에 머물러 있어 훨씬 복잡하고 다양한 3D 구조와 환경에서 작동하는 실제 소자를 설명하거나 최적화하는 데 한계가 있었다.

 

연구팀은 70년간 풀리지 않던 이 숙제를 풀기 위해 열전 소자가 놓일 수 있는 여덟 가지 실제 환경을 이론적으로 정리하고 'G 인자'라는 새로운 설계 지표를 도입했다.

 

이는 단순히 소자 모양을 보는 것이 아니라 모양이 달라질 때 내부 전기저항과 열전도율이 어떻게 바뀌는지를 함께 반영한다.

 

마치 건축에서 구조 설계도를 미리 검토하듯, 목표에 따라 '최대 출력'이나 '최대 효율'을 내는 최적의 모양을 이론적으로 찾아낼 수 있게 된 것이다.

 

▲ 3차원 열전 소재 이론 모델 및 설계 원리를 활용한 최적 형상 설계와 성능 향상 모식도. [포스텍 제공]

 

이를 바탕으로 연구팀은 대표적인 열전 재료를 이용해 다양한 단면의 소자를 제작했다. 그 결과, 기존의 단순한 원통형 구조와 비교했을 때 출력은 최대 422%, 효율은 최대 466% 향상되었고, 사용되는 재료는 오히려 67%까지 절감하는 성과를 거뒀다.

 

무엇보다 중요한 것은 이론으로 계산한 값과 실제 실험 결과가 거의 정확히 일치했다는 점이다. 이는 연구팀이 개발한 설계 원리가 현실적인 조건에서도 신뢰할 수 있다는 것을 증명하는 결과다.

 

손재성 교수는 "이번 연구는 지난 70여 년간 공백으로 남아 있던 3D 열전 소재의 설계 이론을 처음으로 제시했다"며 "자동차 배기가스나 산업 현장의 폐열 회수, 웨어러블 기기용 전력원 설계 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

 

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]