국내 연구진이 저렴한 친환경 재료로 전기를 만들어낼 수 있는 발전기술을 개발했다. 한국화학연구원 조동휘·이정오·이예리 박사팀은 고려대 전석우 교수 연구팀과 함께 온도차이를 이용해 전기를 만드는 열전발전기를 구리와 황으로 만들었다고 8일 밝혔다. 이 열전 발전기는 40도의 온도차이에서 밀리와트(㎽) 수준의 전기를 생산해냈다. 열전 발전기는 지금까지는 독성 금속 재료로 만들어왔지만 이번 연구팀이 만든 발전기는 인체에 무해하고 비용도 적게 든다. 또한 기존 화학적 합성법에 비해 간단하게 정밀한 구조로 대량 생산할 수 있고, 배터리가 포함된 스마트 폰, 스마트 워치 등 다양한 웨어러블 기기에 넣어 열폭주 예방을 위한 온도 센서로 쓸 수 있다. 연구진이 만든 발전기는 구리 황화물로 얇은 막 12개를 직렬 연결했다. 이 발전기는 40도의 온도 차이 상태에서 최대 193㎷의 전압을 내보냈다. 또 일정 시간 동안 생산되는 전력의 양, 즉 전력 밀도는 1.3㎽/㎠를 나타냈다. 연구진은 "이는 저전력 센서 구동을 위한 발전 시스템으로 충분히 활용될 수 있는 수준"이라고 설명했다. 연구진은 열전 발전기 부품을 만들기 위해 우선 미세한 두께의 결정성 구리 호일을 황 용액에 담근 후, 구리 황화물이 결정화될 때까지 온도, 시간, 그리고 반응 농도를 제어해 구리 황화물이 만들어지는 것을 조절했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스]국내 연구진이 저렴한 친환경 재료로 전기를 만들어낼 수 있는 발전기술을 개발했다. 한국화학연구원 조동휘·이정오·이예리 박사팀은 고려대 전석우 교수 연구팀과 함께 온도차이를 이용해 전기를 만드는 열전발전기를 구리와 황으로 만들었다고 8일 밝혔다. 이 열전 발전기는 40도의 온도차이에서 밀리와트(㎽) 수준의 전기를 생산해냈다. 알전 발전기는 지금까지는 독성 금속 재료로 만들어왔지만 이번 연구팀이 만든 발전기는 인체에 무해하고 비용도 적게 든다. 또한 기존 화학적 합성법에 비해 간단하게 정밀한 구조로 대량 생산할 수 있고, 배터리가 포함된 스마트 폰, 스마트 워치 등 다양한 웨어러블 기기에 넣어 열폭주 예방을 위한 온도 센서로 쓸 수 있다. 연구진이 만든 발전기는 구리 황화물로 얇은 막 12개를 직렬 연결했다. 이 발전기는 40도의 온도 차이 상태에서 최대 193㎷의 전압을 내보냈다. 또 일정 시간 동안 생산되는 전력의 양, 즉 전력 밀도는 1.3㎽/㎠를 나타냈다. 연구진은 "이는 저전력 센서 구동을 위한 발전 시스템으로 충분히 활용될 수 있는 수준"이라고 설명했다. 연구진은 열전 발전기 부품을 만들기 위해 우선 미세한 두께의 결정성 구리 호일을 황 용액에 담근 후, 구리 황화물이 결정화될 때까지 온도, 시간, 그리고 반응 농도를 제어해 구리 황화물이 만들어지는 것을 조절했다. 이 제조 방식은 기존의 화학적 합성법으로 구리 황화물 나노입자를 만드는 방법보다 더 간단하고, 대면적 생산도 빠르게 할 수 있다. 이 방식으로 만든 구리 황화물 박막 표면은 작은 구멍이 뚫린 미세 기둥들이 자라나 있는 형태다. 이는 마치 빼곡한 오리털처럼 열 이동을 잘 막아준다. 열이 일부 구역에만 맴돌며 찬 구역과 온도 차이가 오래 유지될수록 열-전기 변환 효율은 높아진다. 구리 황화물 박막은 구리 호일의 습식 식각 공정을 통해, 기판에 반도체를 옮겨 심듯이 유연 기판 등 다양한 기판에 잘라 붙이는 것이 가능해진다. 이에 따라 고온 발생 기계의 폐열 회수, 웨어러블 기기의 최첨단 에너지 수확 시스템 등에 다양하게 적용할 수 있다. 연구진은 다양한 기판에 쉽게 옮길 수 있는 특징을 가진 박막을 장갑에 붙여 무선 온도 탐지 기능을 추가한 스마트 장갑도 만들었다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 열전발전기에 쓰이는 재료를 재료·화학 과학기술 분야 국제학술지인 '재료 정보(InfoMat)'에 발표했으며, 학술지에서는 연구 성과를 인정해 2024년 11월 표지논문으로 선정했다.    monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 기존 공업용 폐수를 값 싸고 정화 성능이 9배 뛰어난 촉매를 개발했다. 한국과학기술연구원은 물질구조제어연구센터 김종식 박사팀이 하·폐수 처리를 위한 '구하기 쉽고 저렴한' 니켈을 이용한 촉매를 개발하고 효율적이고 안정적으로 분해시킬 수 있는 전기화학 공정을 개발했다고 14일 밝혔다. KIST 김종식 박사팀은 철과 유사한 물리·화학적 특징을 지닌 망간, 코발트, 니켈, 구리를 사용해 5가지의 황화물 촉매를 제작, 연구했다. 그 결과, '니켈황화물' 촉매가 라디칼 전구체 활성화 및 오염물 분해에 가장 우수한 성능 및 지속성을 제공함을 밝혀냈다. 새로 개발된 니켈황화물 촉매는 기존 철 기반 촉매들(철황화물 포함)보다 약 3배 향상된 라디칼 생산성을 제공하고, 약 9배 향상된 오염물 분해 성능을 보였다. 또한, '철' 기반 촉매들의 치명적 단점인 1회성을 극복, 여러 번 사용가능해 향후 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. KIST 연구진은 단순히 효율적인 오염물 처리를 위한 성능 향상에만 치중하지 않고, 니켈황화물 촉매가 우수한 성능을 보이는 이유에 주목했다. 연구진은 형성된 라디칼이 촉매표면으로부터 떨어지는 '탈착' 단계가 용이할수록 오염물이 보다 효과적으로 분해된다는 사실을 규명, 금속황화물 촉매의 라디칼 전구체 활성화 메커니즘을 세계 최초로 밝혀냈다. KIST 김종식 박사는 "이번 연구를 통해 물 속 오염물 처리를 위한 차세대 촉매 개발과 그에 대한 메커니즘과 효용성을 세계 최초로 검증한 획기적이며, 도전적인 연구"라고 말했다. 김 박사는 이어 "향후 상용화를 위한 니켈황화물 촉매의 표면 개선에 대한 연구에 매진하겠다"고 밝혔다. 연구 결과는 촉매분야 최고 수준의 과학전문지인 'Applied Catalysis B: Environmental' 최신호에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자