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장재영 교수, 체온으로 전기 생산하는 소재 개발

SDGs-07

작성자

이유정

작성일

2021-01-10 18:48

조회

2045

전도성 높은 고분자 열전소재...차세대 에너지 하베스팅 분야에서 활용 기대

장재영 교수
최근 한양대 장재영 에너지공학과 교수팀이 열에너지를 전기에너지로 만드는 새로운 열전소재를 개발했다. 이 소재는 헝겊처럼 가볍고 유연하면서도 열과 전기를 잘 전달할 수 있다. 향후 이 소재를 이용하면 체온으로부터 전기를 생산해 핸드폰이나 노트북의 배터리를 충전하는 등 모바일 전자기기의 동력원으로 활용될 수 있을 것이라고 예상된다.

열전소재를 만들 때 기존에 사용되는 금속이나 합금 대신 고분자를 활용할 경우 무게가 가볍고 유연하며 독성이 낮다는 장점이 있다. 하지만 고분자의 특성상 전기 전도성이 매우 떨어져 이를 해결하기 위해 다양한 첨가제를 통한 도핑(doping)이 시도됐었다. 특히 수 년 전부터 용해도가 매우 높은 첨가제인 ‘tris(pentafluorophenyl) borane(BCF)’가 큰 관심을 받고 있었는데, BCF의 루이스(Lewis) 산 특성에 기반한 도핑 특성은 고분자와 BCF 사이에 전자가 구속돼 쉽게 전달되지 못하기 때문에 높은 전도성의 발현에 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 장 교수팀은 ‘물과 반응한 BCF’가 브뢴스테드(Brønsted) 산 특성을 보인다는 점에 주목했고, 이를 극대화한 신규 도핑기술을 개발해 기존 도핑기술 대비 전도성과 열전 발전특성이 수십 배 이상 향상된 열전소재를 개발했다.
장 교수팀이 개발한 ‘브뢴스테드 산에 도핑된 poly(3-hexylthiophene) (P3HT) 고분자’는 사슬이 평평한 퀴노이드(quinoid) 구조를 갖고 독특한 밀집된 결정 구조(type II polymorph)를 형성하는 것으로 밝혀졌으며, 이로 인해 높은 성능과 우수한 대기 안정성을 보일 수 있었다.

이번 연구의 의의는 고분자가 최근 활발한 연구가 진행 중인 에너지하베스팅 등과 같은 열전소재의 핵심 소재가 될 수 있다는 가능성을 확인하고, 고성능 유기 열전소재 생산을 위한 신규 도핑 기술을 개발했다는데 있다.

장 교수는 “이번에 개발한 도핑 기술은 웨어러블 센서, 사물인터넷 등에 필요한 동력원을 생산하기 위한 고성능 유기 열전 소자 제조와 상용화에 널리 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 이번 연구는(논문명 : Brønsted acid Doping of P3HT with Largely Soluble Tris(pentafluorophenyl)borane for Highly Conductive and Stable Organic Thermoelectrics Via One-Step Solution Mixing) 에너지 및 재료과학 분야 세계적인 권위지인 「Advanced Energy Materials」지 최신호에 게재됐으며, 교육부 및 과학기술정보통신부의 재원(기본연구지원사업-SGER, 차세대지능형반도체기술개발사업)으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

장재영 교수팀이 개발한 고분자 소재의 전기전도도 및 결정 구조

원본기사 http://www.newshyu.com/news/articleView.html?idxno=1001065

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