아주대 공동 연구팀, 세계 최고 수준 열→전기 에너지 기술 개발
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고분자의 전기 전도도와 파워팩터 기존 대비 4~5배 증가
국내 연구진이 고분자의 전기 전도도를 극대화할 수 있는 새로운 개념의 혼합용매 도핑 공정을 개발했다. 공동 연구팀은 새로운 도핑 기술을 고분자에 적용해 세계 최고 수준의 전기 전도도gt;2100 S/cm와 열-전 변환 파워팩터gt;260 uW/mK2를 동시에 구현하는 데 성공했다. 이는 기존의 단독 용매 기반 도핑 공정으로 처리된 고분자의 전기 전도도와 파워팩터 대비 각각 4배, 5배 증가한 수치다. 해당 기술로 도핑된 고분자는 1000시간 이상의 획기적인 대기 안정성을 보이고 내구성 또한 우수해, 이 기술을 통해 도핑된 고분자 소재는 웨어러블 전자기기나 자가발전 독립전원 등에 적용되는 차세대 전자 및 에너지 소재로 활용될 전망이다. 19일 아주대학교는 김종현 교수아주대 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과 연구팀이 새로운 고분자 소재와 혼합용매 도핑 공정을 이용해 세계 최고 수준의 고성능 열전에너지 변환 소자를 개발했다고 밝혔다. 아주대에 따르면 최근 열에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있는 ‘열-전 에너지 변환 소재’로써 공액 고분자에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 공액 고분자는 전기가 흐를 수 있는 고분자 소재로, 기존의 무기물 반도체 및 금속 전극 등을 대체할 차세대 핵심 소재로 주목받고 있는데, 반도체 성질을 가지고 있을 뿐 아니라 용액공정이 가능해 공정 비용의 절감이 가능하고, 높은 유연성과 신축성을 가지고 있어서다. 그러나 낮은 전기 전도도와 에너지 변환 효율 문제, 취약한 안전성 등의 문제로 상용화에 어려움을 겪어 왔다. 공동 연구팀은 고분자 소재 및 도핑 공정을 동시에 개발하는 데에서 문제 해결의 실마리를 찾아 여러 한계를 동시에 극복할 수 있는 방안을 찾고자 했다. 초고성능 유기 열전 소자의 개발을 위해 공정 개발과 소재 합성, 분석과 시뮬레이션 분야의 전문가들이 머리를 맞대어 4년여 연구에 몰두해 온 것. 기존의 열전 변환 성능 향상과 관련한 연구들은 소재와 도핑 공정을 각각 독립적으로 연구해 왔다. 공동 연구팀은 연구 끝에 반도체 소재의 전하밀도를 증폭시키기 위해 소량 첨가되는 소재인 도판트가 효과적으로 침투할 수 있는 공액 고분자를 설계 및 합성했다. 연구팀은 침투된 도판트를 공액 고분자 주사슬 근처로 유도, 사슬의 결정성을 증진 시킬 수 있는 새로운 혼합용매 도핑 공정 역시 개발했다.
데일리안 유진상 기자 yjs@dailian.co.kr - Copyrights ⓒ 주데일리안, 무단 전재-재배포 금지 - 관련기사 ☞아주대병원, "어르신들 전자기기와 친하면 우울 낮고 인지기능 높아" ☞아주대 연구팀, 임신진단키트로 암 알츠하이머 등 측정 기술 개발 ☞아주대·한국세라믹기술원, 400℃ 합성 가능 고체 전해질 배터리 소재 조합 설계 ☞아주대 연구팀, 양자역학 시뮬레이션 및 AI 활용해 신소재 탐색·설계 기술 개발 ☞아주대, 산학연구 통해 수소 농도 감지 센서모듈 국산화 성공 |
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