삼성 종기원, 신소재 인듐셀레나이드 개발

삼성전자 종합기술원이 기존 열전 소재 보다 열전 성능을 획기적으로 향상시킨 새로운 열전(熱電)소재인 인듐셀레나이드(In4Se3-x) 개발에 성공했다. 열전 소재는 열을 전기로 전환하는 소재다.

삼성전자 종합기술원은 에너지 변환 효율을 기존 7%에서 12%로 향상한 열전 소재 ‘In4Se3-x’를 개발, 열전 발전의 상용화 가능성을 앞당겼다고 17일 밝혔다.

에너지 변환 효율이 약 15%로 올라가면 하이브리드 자동차의 보조전력, 산업용 폐열 발전, 체내 의료용 전원, 항공우주용 핵발전 등 열이 발생하는 모든 분야에 응용할 수 있다.

기존 다양한 열전 소재들은 열과 전기의 변환효율이 낮아 응용이 극히 제한적이었으나 삼성전자 종합기술원이 이번에 새로운 개념의 열전 소재와 열전변환 메커니즘을 제시, 고효율 열전 발전 신재료 개발에 이정표를 세웠다는 평가다.

In4Se3-x’의 열전변환 메커니즘은 금속 전자의 움직임을 제한하면 금속이 반도체로 변하면서 금속 격자가 뒤틀리고 이로 인해 열전도도가 낮아져 열전 성능이 높아지는 원리이다.

또, 이 신재료는 벌크(덩어리) 형태여서 쉽게 제품화할 수 있다. 기존 고효율 열전 소재는 대부분 박막 또는 나노 와이어 형태의 소재인 탓에 벌크화가 힘들어 실용화에 큰 제약이 있었다고 삼성전자 측은 설명했다.

삼성전자는 앞으로 열전특성의 증대와 시스템화 및 내구성과 소재 안정성 등의 물성 최적화를 통해 상용화를 위한 재료 확보에 집중하고 이번에 규명된 원리를 기반으로 지속적인 신물질 개발에 매진할 계획이라고 밝혔다.

이번 연구는 삼성전자가 재료 설계·주요 실험과 이론 연구를 주도하며 열전성능이 높은 재료 개발을, 성균관대에서 결정성장을, 포스텍과 미국 러트거스(Rutgers) 대학에서 열전물성에 대해 검증했다. 이 연구 결과는 세계적인 과학잡지 네이처(Nature)지 최신호에 게재됐다.

안수민기자 smahn@etnews.co.kr