울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 장성연 교수팀이 자가 치유 능력과 신축성을 동시에 지닌 '이온성 고분자 열전소재'를 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다. 연구진은 열전기로 만드는 소재에 자가 치유 능력을 부여해 우수한 열전 변환 능력, 자가 치유 능력, 신축성을 동시에 갖는 물질을 합성하는 데 성공했다.
연구진이 개발한 유기물 기반의 열전소재는 전자 대신 이온이 움직여 전압이 발생해 열전 변환 효율이 높다.
실험결과 온도차에 의해 기전력이 발생하는 '소레 효과'로 8.1 mV K-1의 매우 높은 제베크 계수(단위 온도당 전기적 위치에너지) 값과 열전 성능 지수(ZT)4) 1.04를 달성했다. 이는 현재까지 보고된 유기열전소재의 ZT 값중 가장 높다.
또 최대 7.5배까지 늘어나는 높은 신축성을 보였다. 50% 늘리는 것과 절단했다가 다시 붙이는 것을 30회 반복해도 열전성능에는 변화가 없었다.
장성연 교수팀은 국민대학교 응용화학부 전주원 교수팀과 함께 이번 연구를 진행했다. 전주원 교수는 "공액계 전도성고분자와 전해질 고분자를 복합화하고 이들과 수소결합과 극성결합을 형성할 수 있는 물리적 가교제를 첨가해 신축성과 자가 치유 특성을 갖춘 고성능 열전소재를 개발했다"고 설명했다.
이와 더불어 연구진은 이 열전소재를 이용해 생산된 전기를 저장할 수 있는 복합에너지 소자를 만들었다. 열전발전의 경우 생산되는 전력량이 일정치 않아 전기를 저장해야 생산된 전력을 더 효율적으로 사용할 수 있다.
장성연 교수는 "향후 웨어러블 자가전원을 개발하는데 있어 새로운 전기를 마련하는 소재를 개발했다는 데 큰 의미가 있다"고 강조했다.
이번 연구결과는 에너지 분야에서 권위 있는 학술지인 '에너지와 환경과학'에 5월 15일자로 게재됐다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
※ 저작권자 ⓒ 파이낸셜뉴스, 무단전재-재배포 금지