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전기전자재료 = Bulletin of the Korean institute of electrical and electronic material engineers, v.29 no.6, 2016년, pp.22 - 27
이규형 (강원대학교 나노응용공학과) , 김성웅 (성균관대학교 에너지과학과)
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| 핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
|---|---|---|
| 열전현상이란? | 열전현상은 열에너지와 전기에너지의 직접적이며 가역적인 변환 현상으로, 고체상태의 소재에 전기를 인가하여 냉각하는 열전냉각 (thermoelectric cooling)과 소재 양단의 온도차를 발생하여 전기를 생산하는 열전발전 (thermoelectric power generation)에 응용 되고 있다. 현재의 열전냉각 기술은 낮은 효율 문제로 냉장고, 에어컨 등 범용냉각기술로의 적용은 불가능하나, 무진동/저소음의 장점 이외에 소형 시스템 구현 시 효율 증가, 고밀도 냉각 및 정밀 온도 제어가 가능한 특징으로 차량용 냉난방 시트 (CCS, climate control seat), 소용량 냉장고, 냉온수기 등 소형 시스템과 광통신, 반도체 부품 등 고밀도 냉각 및 바이오, 레이저 설비 등에 필요한 정밀 온도 제어 시스템에 응용되고 있다. | |
| 현재 열전냉각 기술의 장점은? | 열전현상은 열에너지와 전기에너지의 직접적이며 가역적인 변환 현상으로, 고체상태의 소재에 전기를 인가하여 냉각하는 열전냉각 (thermoelectric cooling)과 소재 양단의 온도차를 발생하여 전기를 생산하는 열전발전 (thermoelectric power generation)에 응용 되고 있다. 현재의 열전냉각 기술은 낮은 효율 문제로 냉장고, 에어컨 등 범용냉각기술로의 적용은 불가능하나, 무진동/저소음의 장점 이외에 소형 시스템 구현 시 효율 증가, 고밀도 냉각 및 정밀 온도 제어가 가능한 특징으로 차량용 냉난방 시트 (CCS, climate control seat), 소용량 냉장고, 냉온수기 등 소형 시스템과 광통신, 반도체 부품 등 고밀도 냉각 및 바이오, 레이저 설비 등에 필요한 정밀 온도 제어 시스템에 응용되고 있다. 관련 업체 추산 2015년 열전냉각모듈 기준 약 5,000억원의 시장이 형성되어 있으며, 적용 제품 확대로 10% 수준의 높은 연평균 성장률을 나타내고 있다. | |
| ZT 수식으로 부터 열전소재의 성능 증대를 위해 필요한 기술은? | 그러나 그림 2에 나타낸 바와같이 (1) 전하밀도에 따른 전기전도도와 제벡계수의 상충 관계로 파워팩터의 증가가 제한되며, (2) 열전도도 저감에 의한 ZT 증대를 위해서는 포논 산란을 활성화하여 격자열전도도만을 저감해야 하는 물리적 제한요소가 있어 실질적인 ZT 증대를 구현하는 것은 매우 어렵다. 따라서 ZT 증대를 위해서는 (1) 전기전도도를 유지하면서 제벡계수를 증가할 수 있는 에너지상태 제어 기술과 (2) 전자와 홀의 산란을 최소화한 상태에서 포논산란을 활성화 할 수 있는 조성 및 미세구조 제어 기술이 요구된다. |
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