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

  • 맑음충주25.6℃
  • 맑음영천28.7℃
  • 맑음광양시26.3℃
  • 구름많음홍천25.0℃
  • 맑음경주시26.5℃
  • 맑음진주26.7℃
  • 흐림파주25.2℃
  • 맑음청송군25.6℃
  • 맑음고산26.6℃
  • 맑음제천24.1℃
  • 맑음수원26.4℃
  • 맑음장수24.4℃
  • 맑음포항25.9℃
  • 맑음대구28.9℃
  • 맑음정읍26.8℃
  • 구름많음정선군24.6℃
  • 맑음거제26.7℃
  • 흐림동두천25.6℃
  • 맑음합천27.4℃
  • 맑음대전26.8℃
  • 맑음군산26.1℃
  • 맑음봉화23.3℃
  • 맑음강릉23.6℃
  • 흐림인제22.5℃
  • 맑음북부산26.9℃
  • 맑음전주28.1℃
  • 맑음창원26.7℃
  • 맑음서귀포27.3℃
  • 맑음거창25.2℃
  • 맑음서산26.6℃
  • 구름많음강화25.6℃
  • 맑음목포26.9℃
  • 맑음보은24.4℃
  • 흐림춘천23.8℃
  • 흐림철원23.1℃
  • 맑음서청주24.4℃
  • 맑음보성군25.4℃
  • 구름많음속초23.3℃
  • 맑음상주26.1℃
  • 맑음진도군26.5℃
  • 구름많음대관령22.1℃
  • 맑음추풍령24.0℃
  • 맑음의령군27.5℃
  • 맑음제주28.9℃
  • 맑음강진군24.9℃
  • 맑음여수26.9℃
  • 맑음영주23.6℃
  • 맑음함양군25.0℃
  • 맑음성산26.7℃
  • 맑음문경24.6℃
  • 맑음북강릉23.1℃
  • 맑음남해26.2℃
  • 구름많음서울26.8℃
  • 흐림양평25.5℃
  • 맑음산청25.9℃
  • 맑음구미27.2℃
  • 맑음보령26.9℃
  • 맑음밀양28.2℃
  • 구름많음원주25.9℃
  • 맑음임실24.7℃
  • 맑음영광군26.5℃
  • 맑음김해시27.4℃
  • 맑음통영26.5℃
  • 맑음고창26.3℃
  • 맑음울릉도28.6℃
  • 안개흑산도25.2℃
  • 맑음청주28.0℃
  • 맑음안동26.6℃
  • 맑음홍성26.4℃
  • 맑음세종25.0℃
  • 맑음금산25.2℃
  • 맑음동해24.4℃
  • 맑음부여24.6℃
  • 맑음해남24.5℃
  • 맑음부산27.8℃
  • 맑음부안26.7℃
  • 맑음광주27.3℃
  • 맑음고창군26.1℃
  • 맑음영덕24.5℃
  • 맑음고흥24.8℃
  • 맑음울산27.7℃
  • 맑음남원25.4℃
  • 맑음태백22.1℃
  • 맑음북창원27.8℃
  • 맑음울진24.0℃
  • 흐림북춘천24.0℃
  • 맑음순천23.6℃
  • 구름많음영월24.7℃
  • 맑음인천26.6℃
  • 맑음순창군25.1℃
  • 맑음장흥26.1℃
  • 박무백령도24.7℃
  • 맑음완도25.4℃
  • 맑음양산시28.0℃
  • 맑음의성26.6℃
  • 맑음천안24.7℃
  • 구름많음이천26.7℃

"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]