프린터로 제작한 다양한 모양의 열전소재 (사진=UNIST 제공)
3D 프린터로 열전발전기를 찍어내고, 열을 효과적으로 거둬 전기를 만드는 기술이 개발됐다.
뜨거운 보일러 배관이나 자동차 배기가스관에 있는 열을 버리지 않고 전기로 바꿀 수 있는 기술이다.
UNIST는 신소재공학부의 손재성 교수팀이 유기물 프리 전-무기 열전 잉크를 합성하고, 압출형 3D 프린터로 열원 일체형 열전발전기를 제작하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.
열전 기술은 열에너지를 전기에너지로, 또는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 기술이다.
또 열에너지 변환 기술은 열을 전기로 변환하는 열전발전 기술이 유일하며, 열전발전기는 열원(열의 공급원)에 직접 부착돼 구동한다.
그러나 기존 직육면체 소재로 만든 평판형 열전발전기는 열에너지 회수에 한계가 있다.
열원 표면은 대부분 평평하지 않아 평판형 열전발전기가 제대로 접촉하지 못하기 때문이다. 이때 생기는 열손실은 발전기 출력에 치명적이다.
이 문제를 해결하기 위해 손 교수팀은 3D 프린터를 이용해 열전소재의 형상을 열원 모양과 크기에 꼭 맞게 제작해 열원 일체형 열전발전기를 개발했다.
3D 프린터로 배관 모양에 딱 맞춘 열전발전기를 만든 모습_배관에 밀착돼 열회수율이 높다. (사진=UNIST 제공)
열전 잉크를 제작해 3D 프린팅하니 열전소재 형상을 자유롭게 바꿀 수 있었던 것이다. 그 결과 열전발전기는 열원과 하나처럼 붙었고 열 손실도 최소화했다.
손 교수는 "3D 프린팅 기술은 재료 보존과 공정 단순화, 시스템 제작 등에 따른 비용도 줄일 수 있어 경제적이고 효율적인 방식"이라며 "3D 프린터를 이용한 열원 일체형 열전발전기는 초고성능 열전 발전 시스템의 개발 가능성을 보여준다"고 설명했다.
특히, 이번에 개발한 열전 잉크는 끈적거리는 점탄성(물체에 힘을 가했을 때 액체 성질과 고체 성질이 동시에 나타나는 현상)을 가지면서도 프린팅했을 때 전기적 특성을 유지해 주목받았다.
손 교수는 "기존 소재의 한계를 넘어선 이번 기술은 자연계에서 열로 변해 손실되는 에너지원(60% 이상)을 회수할 효과적인 방법"이라며 "최초로 선보인 열전소재 3D 프린팅 기술은 다양한 분야에 응용될 것"이라고 기대했다.