일본산업뉴스요약

온도 변화로 열 발전 기술 개발
IoT 센서 및 웨어러블 기기 이용 기대

쓰쿠바대학 에너지물질과학연구센터의 모리토모(守友) 교수는 기기발열 및 체온, 낮과 밤의 기온 차이라는 주위의 온도 변화를 전기 에너지로 변환하는 열발전 기술을 개발했다. 디바이스 전체를 뜨겁게 만들거나 식히는 것으로 충전되어 전력을 얻는다. 환경 속 미이용 발열 에너지를 전력 변환할 수 있어 IoT 센서 및 웨어러블 단말기 용으로 이용이 기대된다.

색소의 일종인 화합물 ‘프러시안 블루 유사체’를 정극, 부극에 사용한다. 이 화합물의 기전력의 온도계수가 재료 조성에 따라 크게 다른 특성을 이용한다. 온도 변화로 양극 간의 전압에 차이가 발생해 전력을 얻을 수 있다.

프러시안 블루 유사체는 정글짐과 같이 골격을 가지며 알칼리 금속 이온을 그 내부에 복수 수용할 수 있다. 이온을 빼내거나 넣어도 골격구조가 무너지지 않기 때문에 방전율이 높아 전류를 효율적으로 얻을 수 있다.

이번 조성의 다른 두 종류의 프러시안 블루 유사체를 각 극에 사용해 이온 전지형 셀 시제품을 만들었다. 28℃와 50℃의 온도 주기로 실험한 결과, 기전력은 약 30밀리볼트였다. 열 효율은 약 1%로 이상적인 최대 효율을 나타내는 ‘카르노 사이클’의 이론 효율 11%에 해당한다. 열전변환의 효율은 높다고 할 수 있다.

캐논 재단의 연구조성프로그램 ‘산업기반의 창생’의 성과이다. 디바이스 전체의 온도를 변환함으로써 열전변환하기 때문에 생체 발전에 사용하는 정도의 박막화 및 소형화도 쉽다.

기존 반도체의 열전효과를 이용한 열전변환은 디바이스 내부에서의 온도차가 필요해 소형화는 어려웠다.

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