초록 ▼

핵심기술
∘ 상온용 나노 벌크 열전소재 및 모듈화 기술
∘ 중고온용 코발트/아연 화합물 열전 소재 및 모듈화 기술
∘ 광대역 복합 열전발전 모듈 기술
∘ 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술
∘ 나노 열전특성 측정기술
최종목표
(1)상온용 나노벌크 열전 소재 및 모듈화 기술 개발
∘ Mechano-Chemical process에 의한 다성분계 P형 및 N형
∘ Bi-Te계 복합 열전 분말 제조 및 소자 제조 기술 개발
∘ 상온용 나노 열전 분말 제조 기술 개발
- 분말

핵심기술
∘ 상온용 나노 벌크 열전소재 및 모듈화 기술
∘ 중고온용 코발트/아연 화합물 열전 소재 및 모듈화 기술
∘ 광대역 복합 열전발전 모듈 기술
∘ 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술
∘ 나노 열전특성 측정기술
최종목표
(1)상온용 나노벌크 열전 소재 및 모듈화 기술 개발
∘ Mechano-Chemical process에 의한 다성분계 P형 및 N형
∘ Bi-Te계 복합 열전 분말 제조 및 소자 제조 기술 개발
∘ 상온용 나노 열전 분말 제조 기술 개발
- 분말 입도 : 200nm이하, - ZT : 1.2 이상
∘ 상온용 열전 Uni-couple 시제작
(2) 중고온용 코발트/아연 화합물 열전 소재 및 모듈화 기술개발
∘ 중고온(600~850K, ZT>1.1) 및 고온(850~1100K, ZT>0.5) 영역의 코발트/아연 화합물 열전소재 개발
∘ 중고온용 코발트/아연 화합물 열전발전모듈용 유니커플 시제작
(3) 광대역 복합 열전발전 모듈 개발
∘ 중온역(450K-650K) 고효율열전변환소재 개발(LAST계 등, ZT≧1.3)
∘ ZT≳0.5인 n형, p형 페롶스카이트계 산화물 열전재료 개발
∘ 광역온도 대응형 복합 열전발전모듈 개발
∘ 에너지 변환효율 12% 이상의 광대역 열전발전 모듈 개발
(4) 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술개발
∘ 열전 나노구조체 박막 소재 개발 (ZT > 1.5)
∘ 박막형 열전모듈 및 MEMS 공정 기술 개발
∘ 나노구조체/나노박막 열전 특성 측정기술개발 (분해능 10nm이하)
개발내용 및 결과
(1)상온용 나노벌크 열전 소재 및 모듈화 기술 개발
∘ MCP를 이용한 p, n형 열전나노분말 합성기술 개발
P: ZT=1.0@300K, 1.3~1.4 @370K
N: 입도: 200nm급, ZT@450K: 0.8 달성
(2) 중고온용 코발트/아연 화합물 열전 소재 및 모듈화 기술개발
∘ 최대 ZT=1.12@657 K Skutterudite 소재 개발(목표 1.1)
∘ 고온용 유니커플 제작, Tmax =1175 K(목표 Tmax 1100 K)
(3) 광대역 복합 열전발전 모듈 개발
∘ 금속계 신열전소재 개발 및 제조 공정 개발
-n형 중온용 열전소재: LAST계 화합물: ZT=1.4
-n형 중온용 열전소재: Mg2Si계 화합물: ZT=0.6
-p형 중온용 열전소재: AgSbTe2계 화합물: ZT=1.78
-p형 중온용 열전소재: TAGS계 화합물: ZT=1.39
-p형 중온용 열전소재: Zn4Sb3계 화합물: ZT=1.53
(3) 광대역 복합 열전발전 모듈 개발 (계속)
∘ Perovskite계 산화물 열전특성 조율 개념 확인(proof-of-concept)
-n-형ZT=0.094, p형 ZT=0.018 획득
∘ 열전물성 측정의 신뢰성 확보를 위한 표준화 공정 확립
∘ 고 내열성 및 고 절연성 폴리이미드/실리카 나노 복합 재료 개발을 통한 복합 모듈 구성 기술 개발
∘ 전산모사를 이용한 이종 전극층 최적구조 설계 기법 개발
∘ 이종소재 접합 및 저손실 전극 구성 기술 개발
∘ 발전모듈 단위체 설계 및 성능예측 기술 개발
∘ 열해석을 통한 고효율 복합 열전모듈 설계
∘ 고효율 복합 열전모듈 제작 및 출력 측정
∘ 세계 최고 수준의 복합 열전모듈 효율 12.1% 획득
(4) 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술개발
∘ 나노구조체 박막소재 개발 (ZT > 1.5)
∘ 박막형모듈 설계 및 제작 원천기술 확보
∘ 나노기반 열전재료의 국소 열전능 측정기술 획기적 개선
∘ 선진국 수준의 박막 열전도도 측정평가 기술 및 이미징 기술 개발 (분해능 10nm 이하)
기술개발배경
∘“교토 의정서”,“석유 에너지 고갈”등과 같은 에너지 위기감으로
세계 각국은 안정적 에너지원의 확보와 에너지 절약을 위한 범국가적 노력을 경주하고 있음
∘ 2016년부터 15km/l 이하의 자동차는 미국에서 판매금지돌 것이므로 (오바마대통령발표) 자동차 연비 향상은 당면한 최우선 과제임
∘ 유가 배럴당 $100 시대를 극복하기 위한 대체전력기술 개발 필요
∘ 에너지수입의존도 96% 이상인 상태로 국가에너지 소비절감 필요
∘ 경제성 확보를 위한 원료 국내 확보 필요 – MCP 공정 등 연구
핵심개발기술의 의의
∘ 개발 기술들은 세계 수준에 버금가는 신규 기술들임
∘ 중고온 및 고온모듈기술은 국내 최초 연구임
∘ 본 과제를 통해 모듈화 기술들의 국산화를 100% 달성할 수 있음
∘ 전세계적으로 미성숙 기술이므로 본 기술들을 바탕으로 해외 기술 수출 가능성이 높아짐
∘ 기후변화협약에 적극적으로 대응하기 위한 기술 개발임
∘ 전산모사는 신소재/소자의 개발과 성능 최적화에 필수요소로 기술 개발로 고비용 실험 연구구조를 개선 할 수 있음
∘ MCP 공정기술 개발로 국내에서 원료를 확보할 수 있게됨
∘ 유연 열전소재 및 박형 소재와 관련한 제조 및 측정기술을 확보함
적용분야
∘ Bi-Te계 열전소재의 국산화 및 상용 제조공정 구축에 적용
∘ 폐열발전 중에서도 중고온영역(주로 자동차와 산업폐열)에 우선적용
∘ 산업 배폐열 및 수송기기 배폐열 활용을 위한 열전발전기
∘ 모바일 기기용 에너지 하베스터
∘ 냉난방 및 공조 시스템용 열전 온도 조절 시스템

목차 Contents

• 표지 ... 2
• 제출문 ... 4
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 5
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
• 목차 ... 11
• 요약문 ... 12
• 제1장 개발기술의 개요 ... 13
• 제1절 기술개발의 배경 (에너지 환경의 변화) ... 13
• 제2절 열전기술 개발의 필요성 ... 19
• 1. 열전기술과 에너지 효율 ... 19
• 2. 열전기술 응용 전망 ... 20
• 3. 연구개발 목적 ... 22
• 4. 연구개발 추진체계 ... 23
• 4. 연구개발 기대효과 및 시장 예측 ... 25
• 제2장 연구개발의 목표 대비 실적 종합 ... 29
• 제1절 세부과제별 최종목표 대비 실적 ... 29
• 1. 상온용 나노벌크 열전 소재 및 모듈화 기술 개발 ... 29
• 2. 중고온용 코발트/아연 화합물 열전 소재 및 모듈화 기술개발 ... 29
• 3. 광대역 복합 열전발전 모듈 개발 ... 30
• 4. 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술개발 ... 30
• 제2절 정량적 목표 및 달성치 ... 31
• 1. 상온용 나노벌크 열전 소재 및 모듈화 기술 개발 ... 31
• 2. 중고온용 코발트/아연 화합물 열전 소재 및 모듈화 기술개발 ... 31
• 3. 광대역 복합 열전발전 모듈 개발 ... 32
• 4. 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술 ... 32
• 제3절 세부과제 연차별 개발내용 ... 33
• 1. 상온용 나노 벌크 열전소재 및 모듈화 기술 개발 ... 33
• 2. 중고온용 코발트/아연 화합물 열전 소재 및 모듈화 기술개발 ... 39
• 3. 광대역 복합 열전발전 모듈 개발 ... 42
• 4. 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술개발 ... 45
• 제3장 세부과제별 핵심성과 요약 ... 48
• 제1절 제1세부과제 핵심성과 요약 ... 48
• 제2절 제2세부과제 핵심성과 요약 ... 51
• 제3절 제3세부과제 핵심성과 요약 ... 57
• 제4절 제4세부과제 핵심성과 요약 ... 61
• 제5절 정량적 성과 종합(논문 및 지적재산권) ... 64
• 제4장 총괄 책임자 수행업무 ... 65
• 제1절 국외출장 시행 ... 65
• 제2절 보고회, 기술 워크숍 및 기술 심포지엄 주도 ... 69
• 1. Kick-off Meeting 개최 ... 69
• 2. 기술 워크숍 개최 주관 ... 70
• 3. 연차평가회 및 현장 실태 조사 ... 72
• 4. 기술 심포지엄 주도 ... 72
• 최종보고서 요약서 ... 75