체온에서 전기 얻는다.. 유연한 열전소자 개발

고효율 신축성 열전소자 개발
공정자동화로 대량생산 가능
자가발전 웨어러블 기기 상용화 가능

(a)는 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습이다. (b)는 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습이다.

[아시아경제 황준호 기자] 사람의 피부에 부착할 수 있을 정도로 유연한 열전소자가 개발됐다. 열전소자는 소재 양단의 온도 차이를 통해 열에너지를 전기에너지로 바꿔주는 소자다. 이 소자는 대량생산까지 가능해 향후 웨어러블 기기나 인공피부에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

유연한 열전소자 개발

고유연성 고성능 열전 소자의 모식도.

정승준 한국과학기술연구원 소프트융합소재연구센터 박사는 홍용택 서울대학교 전기정보공학부 교수와의 공동 연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화해 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 1일 밝혔다. 이번 연구 성과는 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈에 최근 실렸다.

연구팀은 무기물 기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결해 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800% 가량 높였고 전력 생산량은 3배 이상 올렸다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화 해 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 했다.

산업 현장의 고온 감지 센서로 활용

연구팀은 개발한 소자를 산업현장의 고온 감지 센서로 활용할 수 있을 것으로 봤다. 자동차의 내·외부의 온도 차를 이용해 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있을 것으로 기대했다.

정 박사는 "이번 연구를 통해 외부의 열을 이용해 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여줬다"며 "향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정"이라고 밝혔다. 또 "이번 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것"이라고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr