온도차를 이용해 전기를 생산하는 ‘열전변환’(熱電變換)식 발전을 대중화할 수 있는 물질을 일본 연구팀이 세계 처음으로 개발했다.
은백색의 금속인 비스머스(BismuthㆍBi)와 아연 등의 중금속은 온도차가 생길 경우 전기가 발생하는 열전변환의 구조를 갖고 있다. 이 같은 성질을 이용한 열전변환식 발전은 현재 인공위성과 손목시계, 소형 냉장차 등에 전원을 공급하는 정도의 수준까지 와 있다. 그러나 비스머스 등 열전변환식 발전에 사용되는 중금속은 매장량이 적고, 독성이 강하며, 섭씨 600도만 되면 녹아버리는 등 한계가 많아 대중화는 요원한 상황이었다.
나고야대(名古屋) 등 일본 연구팀은 인공 다이아몬드의 원료인 티탄산스트론티움(SrTiO3)을 사용해 열전변환식 발전을 하는데 성공했다고 22일 발표했다. 손 쉽게 손에 넣을 수 있는 광물인 티탄산스트론티움은 인체에 무해하고, 섭씨 2,000도에서도 녹지않으며, 열 효율도 좋아 중금속을 대신할 수 있는 획기적인 대체소재라고 연구팀은 밝혔다.
연구팀은 절연체인 티탄산스트론티움에 미량의 금속 원소를 섞은 반도체를 만든 후 그 사이에 1,000만분의 4㎜ 두께의 층을 만들어 전기를 통과시키자 중금속 보다 2배의 효율로 열전변환이 발생했다고 설명했다. 발전 효율이 좋은 것은 전기가 초박(超薄)층 바깥으로 새나가지 않았기 때문이다. 초박층의 수를 늘리면 늘릴수록 효율이 더욱 올라갔다.
이 같은 연구성과는 열전변환식 발전의 대중화를 가속화할 것으로 전망된다. 자동차 엔진의 발열량을 이용해 전원을 공급하는 하이브리드 자동차와 체온으로 충전하는 휴대전화, 휴대형 냉장고 등 응용분야는 다양하다.
도쿄=김철훈특파원 chkim@hk.co.kr
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