체온으로 전기를 공급하는 발전소자

한국기계연구원 나노역학연구실 한승우 박사팀이 열 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 세계 최고 수준의 박막 열전 기술과 이를 이용한 초소형 열전 발전소자를 개발했습니다.

이번에 개발된 열전 발전소자는 주위의 열을 모아 전력을 공급하는 여러 분야에 이용될 수 있습니다.

예를 들어 신체에 착용해 원격으로 건강 상태를 측정하는 건강진단시스템(WHMS)에 장착하면 사람의 체온으로 전원을 공급할 수 있습니다.

개발된 박막 열전기술이 응용될 수 있는 원격 건강진단시스템 (Wearable Health Monitoring Systems?University of Alabama)

또 고전압, 땅 밑, 고공 등 전지를 교환하기 힘든 지능형 플랜트, 스마트 빌딩, 수송기계 등에 쓰이는 모니터링시스템의 무선센서에 적용하면 주위 열을 이용한 전원 공급이 가능해집니다.

이번 개발품은 증착온도와 압력, 열처리 조건 등의 공정 조건을 최적화 해 세계 최고 수준의 열전박막 효율을 갖고 있습니다.

지금까지 발표된 독일 마이크로펠트사의 Bi-Te박막(N-type)과 Bi-Sb-Te박막(P-type)의 파워펙터(power factor)는 각각 3 mW와 4 mW 였으나, 한국기계연구원이 개발한 열전박막은 각각 3.07 mW와 4.41 mW로 이를 상회했습니다.

열에서 전기가 발생하는 에너지 변환 원리를 거꾸로 이용하면 스마트폰, 태플릿 PC, 마이크로 패키지 등 휴대용 전자제품의 국소 냉각 시스템에도 응용할 수 있습니다.

이번 연구결과는 Microelectronic Engineering등의 저널에 5편의 SCI 논문이 게재됐고, 3건의 국내특허 등록과 1건의 국제특허가 출원 중입니다.

한편 시장조사 전문기업인 IDTechEx에 따르면 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 응용기기 시장규모는 오는 2020년에 43억 7000만 달러에 이를 것으로 전망되며, 이 가운데 열전소자 분야의 시장 규모는 2억 3600만 달러로 추정됩니다.

에너지 하베스팅 응용분야