아주대 공동 연구팀, ‘열전소자 효율’ 최대 2배 높이는 원리 규명

아주대학교 물리학과 임준원 교수가 참여한 공동 연구팀이 새로운 양자 기하학적 원리 규명에 성공했다.

6일 아주대에 따르면 공동 연구팀은 최근 열전소자의 효율을 결정하는 파워 팩터가 고체 블로흐파의 양자 기하학적 특성에 따라 조절됨을 세계 최초로 규명했다. 이 같은 증명은 친환경·고효율의 에너지 하베스팅 핵심 기술로 활용될 전망이다.

공동 연구팀이 제시한 고체 전자 파동함수의 양자 거리를 조절해 열전 효율을 증가시키는 방법. 아주대 제공

‘힐버트-슈미트 거리에 의해 구동되는 열전 수송(Thermoelectric transport driven by the Hilbert-Schmidt distance)’이라는 제목의 이 논문은 ‘어드밴스드 사이언스’ 11월호에 게재됐다. 연구에는 임 교수 외에 중앙대 김건우 교수, 도쿄대 오창근 학생(박사과정)이 참여했다.

열전소자는 열에너지와 전기에너지를 직접 변환하는 매개 역할을 한다. 연료를 사용하지 않는 친환경 에너지 하베스팅의 핵심 기술이다. 공장·발전소의 폐열 활용, 자동차 폐열의 전기 변환, 웨어러블 기기나 사물인터넷(IoT) 분야의 에너지원으로 주목받는다.

현재 차량과 냉장고·정수기 같은 소형 가전 등에 일부 활용되는데, 이를 실생활에서 보다 폭넓게 응용하기 위해선 경제성뿐 아니라 소자에 사용되는 소재의 에너지 전환 효율을 최대로 높이는 것이 중요하다.

아주대 임준원 교수. 아주대 제공

공동 연구팀은 열전소자의 효율을 최대 2배까지 높인 것으로 전해졌다. 이번 연구를 통해서 볼츠만(Boltzmann) 수송 이론을 양자 기하학적으로 재해석해 고체 내 전자의 산란율을 양자 거리를 이용해 표현할 수 있음을 일반적으로 증명했다.

임 교수는 “기존과 본질적으로 다른 열전 효율 향상 방법론을 제시했다”며 “양자 거리 조절에 기반을 둔 신개념의 열전 신소재 개발이 가능할 것”이라고 설명했다.

수원=오상도 기자 [e-mail]