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열전발전 기술의 현황

Current Status of Thermoelectric Power Generation Technology

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.27 no.4, 2016년, pp.353 - 357  

이재광 (광주과학기술원 차세대에너지연구소 화학전지연구센터) ,  김진원 (광주과학기술원 차세대에너지연구소 화학전지연구센터) ,  이재영 (광주과학기술원 차세대에너지연구소 화학전지연구센터)

초록
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인구 증가와 문명 발전에 따른 에너지 고소비형 사회로 진행됨에 따라 기존에 사용하던 에너지원의 고효율화 방안이 강구되고 있다. 이 중 열에너지 고효율화 방안으로 열전발전 기술이 주목을 받고 있다. 현재 열전발전 분야는 나노기술 등이 발전함에 따라 폐열회수 분야 등에서 충분한 경쟁력을 가질 수 있는 ZT > 2를 도달하였고, 더 높은 효율을 갖는 소재 개발 연구가 진행되고 있다. 본 총설에서는 현재 진행되고 있는 온도영역별 열전발전 소재 개발 및 모듈기술에 대해 간략히 소개하고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Following the population growth and civilization, resulted in energy-mass consumption society, research efforts on enhancing efficiency of traditional energy sources has been investigated. Among many alternatives, thermoelectric power generation technologies are highlighted as one of solutions for h...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 총설에서는 열전발전 기술의 특성과 열전발전 소재 및 소자 동향을 살펴봄으로써 열전발전의 경쟁력에 대해 고찰하고자 한다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열전발전 기술이 태양열 등을 활용한다는 장점에도 불구하고 외면받았던 이유는? 전기를 만들 때는 고체상태에서 직접적으로 에너지변환이 이루어지며, 거의 반영구적으로 사용할 수 있고 CO2 배출 및 소음과 진동도 거의 없는 매우 친환경적인 미래형 발전 시스템이다[2]. 이러한 열전발전은 Table 1에 나타낸 사용 온도별 열원처럼 우리 주변에서 쉽게 찾을 수 있는 무한한 자원인 태양열 및 폐열 등을 활용하기 때문에 실용화 가능성이 매우 큼에도 불구하고, 낮은 효율과 값비싼 소재 및 공정기법의 사용으로 인해 외면받아 왔다. 그러나 1990년대 후반 이후 열전소자에 나노기반 기술이 접목되면서 변환효율이 획기적인 개선이 이루어지면서 다시 주목을 받고 있다[3].
화석연료가 고갈되는 원인은? 인구 증가와 문명 발전에 따른 에너지 고소비형 사회로 진행됨에 따라 기존에 사용하던 에너지원인 석유, 석탄과 같은 화석연료가 점점 고갈되고 있다. 이에 따라 화석연료를 대체 또는 보완하기 위한 방안이 강구되고 있으며, 제시되고 있는 방안은 새로운 에너지원의 개발과 기존 에너지원에 대한 효율적인 사용이다.
신재생에너지의 장점은? 새로운 에너지원으로는 태양에너지, 풍력, 바이오매스, 지열, 조력, 파도에너지 등과 같은 신재생에너지가 개발되고 있다. 신재생에너지는 공해물질을 배출하지 않는 청정에너지일 뿐만 아니라 안전하다는 점 때문에 관심을 받고 있고, 수요가 빠르게 증가할 것으로 예측되고 있다. 그러나 아직까지 화석연료를 대체하기에는 기술적 한계가 존재하기 때문에 제한적으로 사용되고 있다.
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참고문헌 (18)

  1. J. Choi, Development trends of thermal energy storage system, DICER Report (2013). 

  2. S. W. Kim, Nanostructure-based high-performance thermoelectric energy conversion technology, Phys. High Technol., 22, 10-14 (2013). 

  3. J. H. We, Research on essential technologies for thermoelectric power generator using screen printing technique, Master's Thesis, KAIST, Daejeon, Korea (2012). 

  4. I. H. Kim, Thermoelectric energy conversion technology, KIC News, 16, 18-26 (2013). 

  5. D. W. Rowe, CRC Handbook of Thermoelectrics, 226, CRC Press, NY, USA (1995). 

  6. K. Uemura and I. Nishida, Thermoelectric Semiconductor and Their Application, 145, Nikkan-Kogyo Shinbun Press, Tokyo, Japan (1988). 

  7. C. Park, The effect of powder oxidation on thermoelectric properties in sintered $Bi_2Te_3$ -based thermoelectric materials, Master's Thesis, Inha University, Incheon, Korea (2004). 

  8. Z. H. Dughaish, Lead telluride as a thermoelectric material for thermoelectric power generation, Physica B, 322, 205-223 (2002). 

  9. E. Y. Jun, Preparation of PbTe nanomaterials via wet-chemical synthesis for thermoelectric applications, Master's Thesis, Andong National University, Andong, Korea (2010). 

  10. K. H. Lee, J. Y. Kim, and S. M. Choi, Recent progress in Bi-Te-based thermoelectric materials, J. Korean Ceram. Soc., 52, 1-8 (2015). 

  11. N. Lu and I. Ferguson, III-nitrides for energy production: photovoltaic and thermoelectric applications, Semicond. Sci. Technol., 28, 074023 (2013). 

  12. KISTI, Development trend of the thermoelectric power generation materials for energy conversion (2010). 

  13. S. I. Kim, K. H. Lee, H. A Mun, H. S. Kim, S. W. Hwang, J. W. Roh, D. J. Yang, W. H. Shin, X. S. Li, Y. H. Lee, G. J. Snyder, and S. W. Kim, Dense dislocation arrays embedded in grain boundaries for high-performance bulk thermoelectrics, Science, 348, 109-114 (2015). 

  14. S. Lee and W. S. Seo, Heat-electrical energy conversion technology and applications, Ceramist, 18, 48-55 (2015). 

  15. MEST, Recent research trend survey of nano-based materials and devices (2013). 

  16. M. Oh, Thermoelectric element latest research and development trends and application technology and market, Smart Coat., 14, 4-21 (2015). 

  17. L. D. Zhao, G. Tan, S. Hao, J. He, Y. Pei, H. Chi, H. Wang, S. Gong, H. Xu, V. P. Dravid, C. Uher, G. J. Snyder, C. Wolverton, and M. G. Kanatzidis, Ultrahigh power factor and thermoelectric performance in hole doped single-crystal SnSe, Science, 351 (6269), 141-144 (2016). 

  18. S. LeBlanc, S. K. Yee, M. L. Scullin, C. Dames, and K. E. Goodson, Material and manufacturing cost considerations for thermoelectrics, Renew. Sustain. Energy Rev., 32, 313-327 (2014). 

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