기계연구원 한승우 박사가 초소형 열전발전소자를 들어보이고 있다.

[아시아경제 이영철 기자] 체온으로 전기를 만들 수 있을까. 답은 만들 수 있다.

초소형 열전 발전소자를 몸에 붙이면 몸의 열에너지를 이용, 전기를 만들 수 있다.

한국기계연구원(원장 최태인) 나노역학연구실 한승우 박사팀이 열에너지를 전기에너지로 바꾸는 세계 최고수준의 박막 열전기술과 이를 이용한 초소형 열전발전소자를 개발했다.

개발된 열전 발전소자는 주위의 열을 모아 전력을 공급하는 여러 분야에 이용될 수 있다. 몸에 붙여 원격으로 건강상태를 측정하는 건강진단시스템(WHMS·Wearable Health Monitoring Systems)의 전원장치에 이용하면 사람 체온으로 전원을 공급할 수 있다.

또 지능형 플랜트, 스마트 빌딩, 수송기계 등에 있어서 고온, 고전압이거나 땅 밑, 지상 높은 곳 등 전지를 갈아끼우기 힘든 환경에서 쓰이는 모니터링시스템의 무선센서에도 주위 열을 이용한 전원을 공급할 수 있다.

연구진은 증착온도와 압력, 열처리조건 등의 공정조건을 최적화해 세계 최고수준의 열전박막효율을 달성했다. 지금까지 발표된 독일 마이크로펠트(Micropelt)사의 Bi-Te 박막(N-type)과 Bi-Sb-Te 박막(P-type)의 파워펙터(power factor, 교류전력의 효율에 해당하는 양)는 각각 3 mW/K2m와 4 mW/K2m였으나 새로 개발된 열전박막은 각각 3.07 mW/K2m와 4.41 mW/K2m의 파워펙터를 나타냈다.

열에서 전기가 생기는 에너지 변환원리를 거꾸로 이용하면 열 흐름이 일어나 국부적인 냉각에 이용할 수 있다.

이는 스마트폰, 테블릿PC, 마이크로 패키지 등 휴대용 전자제품이 최근 얇고 소형화되고 LED(발광다이오드) 조명 등이 보편화되면서 수요가 늘어난 국소냉각(hot spot cooling)기술 등에 응용될 수 있다.

한승우 박사는 “활용분야가 무궁무진한 박막 열전기술은 효율이 낮아 산업분야에 적용되지 못했다”며 “소자설계, 박막소재, 소자공정, 측정평가 등 제품개발에 필요한 모든 요소기술을 포함하는 박막형 열전기술을 확보, 관련제품의 상용화를 앞당기는데 이바지할 것”이라고 밝혔다.

시장조사전문기업인 IDTechEx에 따르면 에너지 하베스팅(Energy Harvestin : 바람, 태양광, 온도변화, 진동 등 주변 환경으로부터 에너지를 얻는 기술) 응용기기 시장규모가 한해 평균 21.87% 는 2020년 43억7000만 달러 규모에 이를 전망이다. 이 가운데 이번에 개발된 열전소자분야의 시장규모는 2억3600만 달러로 예상했다.

이영철 기자 panpanyz@
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