울산과학기술원(UNIST)과 아주대학교 공동연구팀은 기존 소재보다 10배 이상 전기가 잘 통하는 필름 형태의 고분자 열전소재를 개발했다고 12일 밝혔다. 열전소재는 소재 안과 밖에 온도차(열)가 생기면 전하가 흐르는 힘이 생기는데, 온도차가 크고 전하가 잘 흐를수록 열전발전이 잘된다. 수력발전에서 낙차가 크고(폭포 높이) 물이 많이 흐를수록 생산 전력량이 많은 원리와 흡사하다.
기존 고분자 열전소재는 온도차는 크게 유지할 수 있지만 전하가 잘 흐르지 않아 상용화가 쉽지 않았다.
공동 연구팀은 기존의 필름 형태 열전소재가 첨가제(도핑제) 때문에 필름의 결정성이 떨어지는 문제점을 분자량을 늘리는 방법으로 해결했다.
결정성은 고분자 사슬들이 규칙적으로 배열된 성질로, 결정성이 높은 고분자 필름은 전하가 잘 통한다. 첨가제는 고분자 사슬 사이로 침투해 결정성을 떨어뜨리는 것으로 알려졌다.
연구팀은 “분자량이 큰 고분자 열전소재(PDFD-T) 필름은 분자량이 작은 열전소재보다 10배 이상 전기전도도가 향상됐다”고 밝혔다. 또 “열전소재가 생산할 수 있는 전력량을 직접적으로 가늠할 수 있는 지표인 파워팩터도 기존 소재보다 2배 이상 뛰어났다”고 설명했다.
김봉수 교수는 “고분자의 분자량이 열전 성능에 미치는 영향을 최초로 밝혀냈다”며 “전기전도도를 개선할 수 있는 새로운 고분자 열전소재 설계 전략을 제시했다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’에 지난달 25일 온라인으로 공개됐다.
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