๋ฏธ๊ตญ ์๋์ง์ 50% ์ด์์ ์ด๋ก ํ๊ธฐ๋๊ณ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ถ์ฐ๋๋ค. ์ด๋ฌํ ํ์ด(waste heat)์ ๋จ์ํ ๊ณต๊ธฐ ์ค์ผ๋ก ๋ฌ์๋๋ค. MIT ์์์ Gang Chen ๋ฑ์ ์ฐ๊ตฌ์ง์ด ๊ฐ๋ฐํ ์ด์ ์ฅ์น ๋๋ถ์, ๋ณํ๊ฐ ์์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋๋๋ค.
์ด์ ์ฌ๋ฃ(thermoelectric materials)๋ ์จ๋ ์ฐจ์ด(temperature difference)๋ฅผ ์ ์(electric voltage)์ผ๋ก ์ ํ์ํจ๋ค. ์ฝ 10๋
์ , Chen๊ณผ MIT ์ฐํ ๊ธฐ๊ณ๊ณตํ๋ถ ์ฑ
์์์ธ Carl Richard Soderberg ๊ต์๋ ๋ณด๋ค ๋ ๋น์ฉ ํจ์จ์ ์ธ ์ด์ ์ฅ์น๋ฅผ ๊ณ ์ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ด์ ์ฌ๋ฃ์ ํจ์จ์ฑ์ ๋น์ฝ์ ์ผ๋ก ์ด์งํ๊ณ ์ฌํํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋๋
ธ๊ธฐ์ ์ ์ฌ์ฉํ๋ค.
์ด ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ด์ฉํ์ฌ Chen๊ณผ ํด์คํด ๋ํ ์์์ ๋๋ฃ ์ฐ๊ตฌ์์ธ Zhifeng Ren์ด ๊ณต๋์ผ๋ก ์ค๋ฆฝํ ํ์ฌ์ธ GMZ Energy์ฌ๋ ์ด์ ๋ฐ์ ๊ธฐ(TEG; thermoelectric generator)๋ฅผ ์์ฑํ๋ค. ์ด ์ด์ ๋ฐ์ ๊ธฐ๋ 1ํ๋ฐฉ์ธ์น, 1/4์ธ์น ๋๊ป ๋ชจ๋๋ก ์ด๋ฃจ์ด์ ธ ์์ผ๋ฉฐ, ์๋์ฐจ์์ ๋ฐฐ์ถ๋ ํ์ด์ ์๋์ฐจ๋ค์ด ์ถ๊ฐ๋ ๋๋ ฅ์ ๋น๋ ค ์ฌ์ฉํ ์ ์๋ ์ ๊ธฐ๋ก ์ ํ์ํจ๋ค.
TEG์์, ์ด์ด ๋ชจ๋ ์์ธต์ผ๋ก ์ ์
๋ ๋ ์ ๊ธฐ๊ฐ ์์ฑ๋๋ฉฐ, ์ดํ TEG์ ๊ตฌ๋น๋์ด ์๋ ๋ฐ๋์ฒด ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ํตํ์ฌ ๋ณด๋ค ๋ ์ฐจ๊ฐ์ด ์ชฝ์ผ๋ก ์ด๋ํ๋ค. ์ด๋ฌํ ์จ๋ ์ฐจ์ด ํ์์ ๋ฐ๋์ฒด์์ ์ ์์ ์์ง์์ ์ ๊ธฐ๋ก ์ถ์ถ๋๋ ์ ์์ ์์ฑํ๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ ๋ง์ TEGs์์ ์ฌ๋ฃ ๋ด ์์์ ์ง๋(atomic vibration)์ ๋จ๊ฑฐ์ด ์ชฝ์์ ์ฐจ๊ฐ์ด ์ชฝ์ผ๋ก ์ด์ ๋์ค์ํฌ ์ ์๋ค. GMZ์ฌ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ด ๋์ค(heat leakage)์ ํ์์ ์ผ๋ก ์ง์ฐ์์ผ, ๋ง์ ์ด์ ์ฌ๋ฃ์ ์ฑ๋ฅ์ 30~60% ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐ์์ผฐ๋ค.
๋ ์๋ก์ด TEG๋ ๋จ๊ฑฐ์ด ์ชฝ์์ ์ฝ 600 โ(์์ธต)์ ์จ๋๋ฅผ ๊ฒฌ๋ ์ ์๋ ๋ฐ๋ฉด, ์ฐจ๊ฐ์ด ์ชฝ(ํ๋ถ ํ๋ฉด)์์ 100 โ๋ฅผ ์ ์งํ๋ค. 500 โ์ ์จ๋ ๊ตฌ๋ฐฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ, 4 ์ ๊ณฑ์ผํฐ๋ฏธํฐ์ ์ด ๋ชจ๋์ 7.2 ์ํธ์ ๋๋ ฅ์ ์์ฐํ ์ ์๋ค. ์๋ฅผ ๋ค๋ฉด, ์๋์ฐจ ๋ฐฐ๊ธฐ๊ด ๊ทผ์ฒ์ ์ค์น๋์ด, ์ด๋ ๊ฒ ์ ํ๋ ์ ๊ธฐ๋ ์๋์ฐจ์ ๊ต๋ฅ ๋ฐ์ ๊ธฐ(alternator)์ ๊ฐํด์ง๋ ๋ถํ๋ฅผ ์ค์ด๊ณ , ์ฐ๋ฃ๋น์ฉ๊ณผ ์ ์ฒด ๋ฐฐ๊ธฐ๊ฐ์ค ๋ฐฐ์ถ์ ์ค์ด๋ ๋ฑ ์๋์ฐจ์ ์ ๊ธฐ์ ๊ตฌ์ฑ ์์์ ๋๋ ฅ์ ๊ณต๊ธํ ์ ์๋ค.
2014๋
6์ GMZ์ฌ๋ ๋ฏธ๊ตญ ์๋์ง๋ถ(DOE; Department of Energy)๊ฐ ํ์ํ๋ 150๋ง ๋ฌ๋ฌ์ ๋ฌํ๋ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ผํ์ผ๋ก ๋ณด๋ค ๋ ํฐ TEG๋ก๋ถํฐ 200์ํธ์ ๋๋ ฅ์ ์ฑ๊ณต์ ์ผ๋ก ์์ฐํ๋ค. ๋ชฉํ๋ ๊ฐค๋ฐ๋น 40๋ฌ๋ฌ์ ๋น์ฉ์ผ๋ก ์ ์ฅ์์ ์๋น๋๋ ์ฐ๋ฃ๋ฅผ ์ ๊ฐํ๋ ๋ฐ ๋์์ ์ฃผ๋ 1,000์ํธ์ ๋๋ ฅ์ ์์ฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ, ๋ฏธ ์ก๊ตฐ ํฑํฌ์ธ ๋ธ๋๋ค๋ฆฌ ์ ํฌ์ฅ๊ฐ ์ฐจ๋(Bradley Fighting Vehicle)์ 200์ํธ ๊ธ TEG๋ฅผ ํตํฉํ๋ ๊ฒ์ด๋ค.
๋ GMZ์ฌ๋ DOE์ 900๋ง ๋ฌ๋ฌ์ ์๊ธ์ ์ง์๋ฐ์ ์น์ฉ์ฐจ์ ์ฐ๋ฃ ๊ฒฝ์ ๋ฅผ 25%๊น์ง ๊ฐ์ ํ๋ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ฐ๊ตฌํ ์์ ์ด๋ค. GMZ์ฌ๋ ์กฐ๋ง๊ฐ ์๋์ฐจ์ ์์ฌ์ TEGs๋ฅผ ์ ์ฉํ ๊ณํ์ด๋ฉฐ, ์ด๋ฌํ ์๋๋ 5% ๊ฐ๊น์ด ํจ์จ์ฑ ๊ฐ์ ์ ๋ชฉํ๋ก ํ๊ณ ์๋ค.
์ด์ ์ ๊ฐ๋
์ 1921๋
์ผ๋ก ๊ฑฐ์ฌ๋ฌ๊ฐ๋ค. ์ด๊ธฐ ์ ๋ฒก ํจ๊ณผ(Seebeck effect)๋ผ๊ณ ๋ช
๋ช
๋์ผ๋ฉฐ, ์ ๋์ฑ ์ฌ๋ฃ์ ํ์ชฝ ๋์ ๊ฐ์ดํ์ฌ ์ ์๊ฐ ๋ ์ฐจ๊ฐ์ด ์ชฝ์ผ๋ก ์ด๋ํ๊ฒ ํ์ฌ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์์ฑ์ํจ๋ค. ๊ต๋๋ก ์ฌ๋ฃ์ ์ ๋ฅ๋ฅผ ๊ฐํ์ฌ ๋จ๊ฑฐ์ด ์ชฝ์์ ์ฐจ๊ฐ์ด ์ชฝ์ผ๋ก ์ด์ ์์กํ๋ค.
์ด์ ๊ธฐ์ ์ 1950๋
๋ ๋ค์ ์กฐ๋ช
๋์ด ์ค์ํ ์์ฉ์ ์ ์ฉํ๋ ํ๋ก์ ํธ๊ฐ ์ถ๋ฒํ๋ค. ์ด์ ์ฌ๋ฃ๊ฐ ๋นํจ์จ์ ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ์ด๋ฌํ ๋
ธ๋ ฅ์ ๋์ฅ๊ณ ์ ์ผ์์ ์ ํฉํ ์์ฉ์ผ๋ก ์ด์ด์ก์ง๋ง, ๋๊ท๋ชจ ์์ฉ์์๋ ๊ตฌ์ฒดํ๋์ง ์์๋ค. ์ด์ ์ฌ๋ฃ๊ฐ ์ ๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ ๋ํ๋ ํํธ, ์ด ์ญ์ ์ ์ ๋ํ์ฌ ์จ๋๋ ์ ์ํ๊ฒ ๋์ผํด์ง๊ณ ์ด๋ฌํ ํ์์ด ๋ฎ์ ํจ์จ์ ์ด๋ํ๋ค. ์ดํ 1990๋
๋, MIT ์์์ ์ฐ๊ตฌ์ง ๋ฑ์ด ๋ณด๋ค ๋ ๋์ ํจ์จ์ฑ์ ๊ฐ์ถ ์ด์ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ฌํํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋๋
ธ๊ธฐ์ ์ ์ด์ฉํ๋ค.
2008๋
์, Chen๊ณผ Ren ๋ฑ์ ์ฐ๊ตฌ์ง์ ์ ๋ ดํ ๊ณต์ ์ ์ด์ฉํ์ฌ ์ด์ ๋๊ฐ๊ธฐ์์ ์ฌ์ฉ๋๋ ์ฌ๋ฃ์ธ ๋น์ค๋ฌด์ค ์ํฐ๋ชฌ ํ
๋ฃฐ๋ฅด ํํฉ๋ฌผ(bismuth antimony telluride)์ ํจ์จ์ 40% ์ฆ๊ฐ์์ผฐ๋ค. ๊ฐ์ํด ์ฌ์ด์ธ์ค์ ๋ฐํ๋ ๋
ผ๋ฌธ์์, ์ฐ๊ตฌํ์ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ๋๋
ธ๋ถ๋ง๋ก ๋ถ์ํ์ฌ ๋ฒํฌ ํํ๋ก ์ฌ๊ตฌ์ฑํจ์ผ๋ก์จ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ํต๊ณผํ๋ ์์์ ํต๋ก๋ฅผ ๋น์ฝ์ ์ผ๋ก ์ง์ฐ์์ผฐ๋ค. ์ด๋ฌํ ๋ฐฉ์์ ์ด ๋์ค์ ์ต์ ํ๋ ํํธ, ์ ์์ ์์ ๋ก์ด ํ๋ฆ์ ๊ฐ๋ฅํ๊ฒ ํด์ฃผ์๋ค. ๋ฒํฌ ํํ์์ ๋น์ฉ ํจ์จ์ ์ด๊ณ ์์ ํ ํฉ๊ธ์ ์ด์ฉํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์ฌ๋ฃ๊ฐ ๋ค์ํ ์์ฉ์ ์ ์ฉ๋ ์ ์๋ค๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋ค.
์ด๋ฌํ ๋ฐ๊ฒฌ ์ดํ, Chen๊ณผ Ren์ GMZ์ฌ๋ฅผ ์ค๋ฆฝํ๊ณ ์ฌ๋ฃ์ ๊ฐ๋ฐ๊ณผ ์์ฉํ์ ์ฃผ๋ ฅํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ด์ ์์ฅ์ ์๊ท๋ชจ๋ก ๊ฑฐ๋ ๊ตฌ๋งค์๋ฅผ ์ฐพ์ ์ ์์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ฐ๊ตฌ์ง์ ํ์ค์์ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ฌํํ ์ ์๋ ์ฅ์น๋ฅผ ๊ตฌํํ ํ์๊ฐ ์๋ค๊ณ ์๊ฐํ๋ค. 3๋
ํ, ์ฐ๊ตฌ์ง์ ์ผ๊ด์ผ๋ก ๊ฐ์ดํ ์จ์ ์ง์ ๊ธฐ(solar hot-water collector)๋ก๋ถํฐ ์ ๊ธฐ๋ฅผ ์์ฑํ๋ ์ฅ์น๋ฅผ ๊ณ ์ํ์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ฌํ ์ฅ์น๋ ํ์ฌ TEG ๋ชจ๋์ ์ด๊ธฐ ๋ฒ์ ์ด์๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ ๋์ ๊ณผ์ ๋ ๋จ์ ์๋ค. ์์ฅ์ ์ ์ฌํ ์ ํ์ด ์์๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ์ฐ๊ตฌ์ง์ ์๋
๋์ ์ํ์ฐฉ์ค๋ฅผ ๊ฑฐ์ณ์ผ ํ๋ค. ์๋ฅผ ๋ค๋ฉด, ์ด์ ์ฌ๋ฃ์ ์์ฉ์์ ์๋ง์ ์ ํ์ ์ฌ๋ฃ๋ก ์ฌ์ฉ๋๊ณ ๋ค์ํ ์ด ๊ณต๊ธ์์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์, ์ฌ๋ฃ์ ๋ํ ๊ฒฐ์ ์ ์ด๋ ค์ด ์ผ์ด๋ค. ์ฌ๋ฃ์ ํจ์จ์ ์จ๋์ ์ข์ฐ๋๋ค๊ณ Chen์ ์ค๋ช
ํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋น์ ์ ์ด์์ ์จ๋ ๋ฒ์๋ฅผ ํ์ธํด์ผ๋ง ํ๊ณ , ์ด๋ค ์ฌ๋ฃ๊ฐ ์จ๋ ๋ฒ์์ ๋ง๋์ง๋ฅผ ๊ท๋ช
ํ ํ์๊ฐ ์๋ค๊ณ Chen์ ๋ฐํ๋ค.
์์
์ ์ธ TEG ๋ชจ๋์ ์ํ์ฌ, GMZ์ฌ๋ ๋์ ์จ๋์์ ๋ฐ์ด๋ ์์ ์ฑ์ ๊ฐ๊ฒ ํด์ฃผ๋ ๊ฐ๋ ฅํ ๊ฒฐ์ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ ํฉ๊ธ์ธ ๋ฐ-ํธ์ด์ฌ๋ฌ ์ฌ๋ฃ์ ์ฃผ๋ชฉํ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ํ์ฌ๋ ํ
๋ฃจ๋ฅดํ ๋น์ค๋ฌด์ค(bismuth telluride), ํ
๋ฃจ๋ฅดํ ๋ฉ(lead telluride), ๊ด๋ฌผ์ฑ ์ค์ฟ ํ
๋ฃจ๋๊ด(mineral skutterudite) ๋ฐ ์ค๋ฆฌ์ฝ ๊ฒ๋ฅด๋ง๋(silicon germanium) ๋ฑ๊ณผ ๊ฐ์ ๋ค๋ฅธ ์ฌ๋ฃ ๋ฑ๊ณผ ๊ด๋ จ๋ ์ถ๊ฐ์ ์ธ ๊ณํ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ1> GMZ Energy์ฌ์ ์ด์ ๋ฐ์ ๊ธฐ(TEG; thermoelectric generator) ๋ชจ๋. ํ๊ธฐ์ด์ด ๋ชจ๋์ ์์ธต์ผ๋ก ์ ์
๋ ๋, ๋ฐ๋์ฒด ์ฌ๋ฃ(P์ N ์ผ๋ก ๋ณด์ฌ์ค)๋ฅผ ํต๊ณผํ์ฌ ๋ณด๋ค ๋ ์ฐจ๊ฐ์ด ์ชฝ์ผ๋ก ์ด๋ํ์ฌ ์ ๊ธฐ๋ฅผ ์ถ์ถํ ์ ์๋ ์ ์์ ์์ฑํ๋ ์จ๋ ์ฐจ์ด๋ฅผ ์ ๋ฐํ๋ค.
ํค์๋ : ํ์ด, ์ด์ ์ฌ๋ฃ, ์จ๋ ์ฐจ์ด, ์ ์, ์ด์ ๋ฐ์ ๊ธฐ, ์ด ๋์ค
์ถ์ฒ: KISTI ๋ฏธ๋ฆฌ์ ๊ธ๋ก๋ฒ๋ํฅ๋ธ๋ฆฌํ
์๋ฌธ:
http://phys.org/news/2014-08-thermoelectric-devices-electricity-vehicles-machines.html ์ ๊ณต:kisti, ๋ค๋ฅธ๊ธฐ์ฌ๋ณด๊ธฐ๊ธฐ์ฌ๋ฑ๋ก์ผ์ : 2014.08.26 10:42
<์ ์๊ถ์ © ์๋ฎ, ๋ฌด๋จ ์ ์ฌ ๋ฐ ์ฌ๋ฐฐํฌ ๊ธ์ง>
#kisti