미국과 한국의 과학자들이 폐열을 전기로 변환하는 솔루션을 제안했습니다.

한국의 노스웨스턴 대학교와 서울 대학교의 과학자 팀은 열을 전기로 매우 효율적으로 변환할 수 있는 고효율 열전 재료를 시연했습니다. 오늘날 화석 연료로 전기를 생산할 때 에너지의 65% 이상이 "폐기물" 열 형태로 손실됩니다. 이 열을 포착하고 이를 통해 전기를 생산하는 것은 심각한 경제이자 환경에 대한 관심입니다.

일리노이주 노스웨스턴 대학의 재료 과학자들은 단결정 셀렌화주석(SnSe) 화합물 형태의 유망한 열전 재료를 개발했습니다. 화합물의 단결정 형태는 높은 취약성이 문제로 남아 있어 실용화하기 어려웠다. 동시에 훨씬 더 안정적이고 플라스틱인 다결정 형태의 화합물은 열전 변환에 적합하지 않은 것으로 판명되었습니다. 다결정 형태에서 셀렌화 주석은 열전도율이 높아 재료의 놀라운 열전 특성을 무효화한다는 것이 밝혀졌습니다.

한국 동료들의 도움으로 미국 과학자들은 문제의 근원을 찾을 수 있었습니다. 바로 화합물 표면에 산화막이 형성되는 것이었습니다. 한국의 과학자들은 화학 반응의 사슬에서 산소를 배제하고 산화물 불순물 없이 다결정 형태의 셀렌화 주석을 얻는 기술 공정을 제안하고 테스트할 수 있었습니다.

"순수한" 다결정 셀렌화 주석 화합물(성능 지수)에서 폐열의 변환 효율은 783K(510℃)의 온도에서 약 3.1ZT였습니다. 열을 전기로 변환하는 계수의 지표인 성능 지수는 단결정 화합물보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다.

과학자들은 새로운 재료의 생산이 어려움 없이 시작될 수 있다고 말합니다. 그들은 순수 다결정성 셀렌화 주석을 기반으로 하는 열전 변환기가 예를 들어 철강 제련과 같은 에너지 집약적 생산과 대용량 선박과 같은 대규모 운송에서 수요가 있을 것으로 예상합니다.

작가: Vitalii Babkin