화학연, 고밀도 은 셀레나이드 열전소재 제조 기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 한국화학연구원은 강영훈 박사 연구팀이 저온·저압 환경에서 제조 가능한 은 셀레나이드 기반의 친환경 고성능 열전 소재를 개발했다고 31일 밝혔다.

열전 소재는 전류로 냉각과 가열을 유도하는 펠티어 효과와 온도 차를 이용해 전기를 생산하는 제백 효과로 구분된다.

펠티어 방식은 전류 흐름 시 냉각 효과를 이용해 컴퓨터 쿨러나 소형 냉장고 등에 활용되며, 제백 방식은 우주 장비나 산업·차량 폐열을 활용한 발전 기술로 연구되고 있다.

현재 널리 사용되는 열전 소재는 비스무스 텔루라이드 계열이지만 희귀 원소 사용에 따른 가격 불안정과 독성 문제, 복잡한 제조 공정이 한계로 지적된다.

이에 연구진은 은과 셀레늄으로 구성된 은 셀레나이드 소재를 적용해 재료 구성을 단순화하고 유해물질 배출을 줄였다.

수용액 공정으로 나노입자를 합성하고 셀레늄을 추가한 조성을 설계한 뒤, 간단한 열처리로 고밀도 구조를 구현했다.

이 기술은 저온에서 액체로 변하는 셀레늄의 특성을 활용해 액상 소결과 유사한 효과를 구현한 것으로, 입자 간 결합을 촉진해 치밀한 구조를 형성하고 전기 전도는 유지하면서 열전도는 낮춰 효율을 높인다.

실험에서는 약 120℃에서 성능지수 0.927을 기록해 기존 상용 소재 수준에 근접했으며, 기계적 강도도 두 배 이상 개선돼 다양한 형태 적용 가능성을 보였다.

또한 약 350℃의 낮은 온도와 상압 조건만으로 제조가 가능해 공정 단순화와 비용 절감 효과도 기대된다.

연구팀 관계자는 “복잡한 도핑이나 고온·고압 공정 없이도 고성능 열전소재를 구현한 것이 핵심성과”라고 설명했다.