삼성, '폐열→전기' 고효율 新소재 개발 성공

버려지는 열을 전기로 변환하는 고효율 신소재가 개발돼 주목된다.

폐열을 이용한 신재생 에너지에 대한 관심이 날로 뜨거워지는 가운데 삼성전자 종합기술원이 17일 열전성능을 향상시킨 열전 소재인 ‘인듀멜레나이드(In₄Se₃–ⅹ)’ 개발에 성공했다고 밝혔다.

여기서 말한 열전성능이란 열을 전기로 변화시키는 성능으로, 열전소재는 열과 전기의 상호변환이 가능하게 만든 소재다.

전기의 생산 원리는 소재 한쪽의 온도가 높아지면 소재 양쪽 끝에 온도차가 발생하게 되고, 이때 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 전자 또는 정공(hole)이 이동하면서 전류가 발생하게 된다.

이 소재는 자동차나 공장 등의 폐열을 회수해 전기를 생산하는 신재생 에너지 한 분야인 열전발전에 응용된다.

예컨대 폐열회수 발전(차량, 발전소, 산업)과 하이브리드 발전(태양, 연료전지), 자연에너지 발전(태양열, 지열), 더 나아가 독립전원기기(무선기기, 체열) 분야 전반에 걸쳐 적용할 수 있다.

열전발전은 버려지는 폐열을 회수해 발전하므로 에너지 사용 효율을 증대시킬 뿐만 아니라 부산물이 없어 온실가스 절감효과를 수반한다.

이번 신소재의 특징은 지금까지 열과 전기의 변환 효율이 낮아 응용이 극히 제한적이었던 문제, 비용대비 효율성 문제를 극복했다는 점이다.

삼성전자 종합기술원 이상목 전문연구원은 “현재까지 알려진 소재들의 성능지수, 즉 상용화가 가능한 지수는 0.8인데, 이번에 개발한 신소재는 1.48로 두 배에 달할 정도로 열전성능이 우수하다.”라며 특히 “덩어리(Bulk) 형태로 고효율 소재 제조가 가능하며, 금속간 화합물로 제조가 매우 간단하다.”고 강조했다.

기술원 자료에선 인듐셀라나이드가 에너지 변환 효율을 기존 7%에서 12%로 향상시켜 열전발전의 상용화 가능성을 앞당겼다.

이상목 연구원은 또한 “열전소재에 대한 연구는 30~40년간 이어 왔지만 별다른 성과가 없던 분야”라며 “이번 신소재는 열전소재 개발에 새로운 이정표를 제시했으며, 열전소재 연구개발에 더 큰 탄력을 받게 될 것”이라고 밝혔다.

삼성은 향후 동일한 개념을 이용한 열전소재의 개발이 주요한 연구방향으로 정립될 것으로 전망했으며, 관련 물질 특허와 개발 메커니즘에 대한 원천 특허를 확보했다.