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나노구조 기반 중·고온용 열전소재 연구 동향
Current Status of Nanostructured Thermoelectric Materials for Mid-High Temperature Applications 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.22 no.2, 2019년, pp.133 - 145  

남우현 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  신원호 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  조중영 (한국세라믹기술원 에너지환경본부) ,  서원선 (한국세라믹기술원 에너지환경본부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Thermoelectric energy conversion has attracted much attention because it can convert heat into electric power directly through solid state device and vice versa. Current research is aimed at increasing the thermoelectric figure of merit (ZT ) by improving the power factor and reducing the thermal co...

주제어

#Thermoelectricity   #Skutterudite   #Oxide   #Mid-high temperature  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 점을 바탕으로, 본고에서는 중·고온용 열전소재로 활발히 연구되고 있는 skutterudite계, 산화물계 열전소재기술의 연구동향을 소개하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열전변환기술은 무엇인가? 열전변환기술은 열과 전기에너지를 고체 상태에서 직접적으로 변환할 수 있는 유일한 에너지 기술로 고효율 열전소재의 개발이 열전모듈의 변환효율을 결정하게 된다. 열전발전 모듈은 중·고온 영역에 해당하는 광범위한 온도의 열원에 적용 가능이 가능한 기술로 응용범위와 시장성이 아주 높다.
열전소재의 열전성능지수를 향상시키기 어려운 이유는 무엇인가? 열전소재의 성능지수 향상을 위해서는 전기전도도와 제벡계수의 증가와(파워팩터(S2σ)의 증가) 동시에 열전도도의 감소가 필수적이지만, Fig. 2과 같이 일반적으로 전기전도도(σ=nqμ, 여기서 n은 캐리어 농도, q는 전하량, μ는 이동도)와 제벡계수는 Pisarenko relation(S ∝ n-2/3)에 의해 서로 반비례 관계를 가지고, 전기전도도와열전도도는 Wiedermann-Franz law(κ=κ1+κe=κl +LσT, 여기서 κ1은 포논에 의한 열전도도, κe는 전하에의한 열전도도, L은 로렌츠 넘버)에 의해 비례 관계를 가지고 있어 동시에 세 가지 인자를 조절하여 열전성능지수를 향상시키기는 쉽지 않다3). 2000년대 까지는 ZT값이1.
현재 우수한 성능을 나타내는 열전소재를 대체할 신조성 열전소재에 기대되는 특징은 무엇인가? 예를 들어, 저온용 Bi2Te3계 열전소재는 100 $/kg의 고가 소재이며, 중온용 열전소재인 PbTe는 유해원소인 Pb와 희소원소인 Te로 구성되어 있고, 고온용 SiGe계 열전소재는 Ge의 희소성으로 인하여 670 $/kg 정도의 고가 소재이다. 따라서, 열전소자 시장의 확대를 위해서는 유해원소와 희소원소가 배제된 원료를 사용하면서도 우수한 ZT 를 가진 열전소재의 원천기술 개발이 매우 중요하다.
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