과제구성현황

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연구과제명 극한물성 이용 열전소자기술 개발

연구책임자

소속 분말/세라믹연구본부
전화 055-280-3506
이메일 ktkim@kims.re.kr
연구분야 나노복합소재, 열전
공동연구자
  • 김영국(재료연구소)
연구목표 ■ 본 연구의 최종목표는 인체열을 활용한 웨어러블 열에너지 하베스팅 전원장치에 사용되는 플랫폼기술을 개발하는 것으로, 상온영역에서 우수한 열전변환특성을 가진 열전소재를 메타구조 개념을 도입하여 열전변환 소자로 제조하는 기술을 확보하는 것이 주요 목표임.

연구내용 ■ 본 연구는 현재 성능한계에 도달한 열전소자의 물성을 극대화시키기 위하여 열메타 구조체를 개발하고 웨어러블 열전소자에 적용하는 연구를 수행하며, 최종적으로 인체열을 이용한 자가발전용 열에너지 하베스팅 소자를 제조하는 연구내용으로 구성되어 있다.
- 열메타구조 포함된 열전소자 제조기술 연구 : 포논전달이 극소화될 수 있는 열메타구조체를 도입함과 동시에 전하의 이동은 극대화시킬 수 있는 우수한 열전소재와 접목하는 플랫폼기술 개발을 통해 메타구조 소자기술을 개발함
- 열메타 열전소자의 성능 극대화 기술 연구: 메타구조가 포함되거나 열전소재내에서 메타개념 구현을 통해 열전소자의 성능을 극한물성치인 ZT=3.0 이상을 달성하기 위한 플랫폼기술을 연구함.
- 웨어러블 열에너지 하베스팅 소자 제작기술 연구: 웨어러블 열에너지 하베스팅 소자 제작을 위하여 웨어러블 기판에 메타개념을 도입하여 포논에너지 제어를 통해 열방출 및 흡열 현상을 연구하며, 성능향상을 위해서는 열메타소재 자체의 열전변환성능지수 향상을 함께 연구함. 이를 통해 웨어러블 열메타 및 메타구조의 열전에너지변환소자 기술을 확보할 예정임.

기대효과 ■ 기술적으로 본 연구가 성공적으로 수행될 경우 향후 전개될 열에너지 하베스팅 기술 분야에서 가장 중요한 기술적화두인 체열을 활용한 독립발전, 자가발전분야에 혁신을 유도할 수 있을 것으로 기대됨

■ 현재 웨어러블 소자 및 모바일 기기의 시장규모는 전세계적으로 매년 20%이상 급성장하고 있으며 이에 대응가능한 배터리 저장용량의 증가가 필수적으로 요구되는 상황이기 때문에, 본 연구가 성공적으로 수행될 경우 자가발전용 웨어러블 모바일기기에 접목된 열전발전소자의 신규시장 창출이 기대됨.

논문

번호 제목 년도 단계
5 Simultaneous improvement in electrical and thermal properties of interface-engineered BiSbTe nanostructured thermoelectric materials 201612 2단계 1차년도
4 High-performance shape-engineerable thermoelectric painting 201611 2단계 1차년도
3 The Influence of Surface Functionalization on the Thermoelectric Properties of Carbon Nanotube/Bi2Te3 Composites 201610 2단계 1차년도
2 Morphologically controlloed ZnO nanostructures as electron transport materials in polymer-based organic solar cells 201512 1단계 2차년도
1 Fabrication Process and Thermoelectric Properties of CNT/Bi-2(Se,Te)(3) Composites 201503 1단계 1차년도

특허

번호 산업재산권명 출원/등록 국가 년도 단계
4 고밀도 열전소재 제조방법 1 20161206 2단계 1차년도
3 메타계면을 포함하는 Bi-Te계 고성능 열전복합재료 및 이의 제조방법 1 20160502 1단계 2차년도
2 고밀도 열전소재 제조방법 1 20150611 1단계 1차년도
1 열전복합재료 및 열전복합재료의 제조방법 1 20141112 1단계 1차년도

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