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휴스턴 대학 연구원들은 열전 물질의 최대 효율을 계산하기 위한 새로운 공식을 고안했다.
이는 실용적인 이용을 위해 적당한 새로운 물질을 개발하는데 속도를 내도록 디자인된 반세기 내 첫 번째 공식이다.
공학 성능지수 (ZT)eng와 전력 요소 (PF)eng로 불리는 물질의 성능지수를 새로 개발된 측정에 관계된 새로운 공식에 이용하여, 과학자들은 물질에 기반한 소자가 추구할 만한 가치가 충분하게 에너지를 효율적으로 발전시키도록 만들 수 있을 것이라고 UH(TcSUH)의 초전도체 텍사스 센터 주발명자인 지펭렌 박사가 말했다.
이는 물질들을 빠르게 조사하기 위한 형식이며 만약 ZT를 공학하는 것이 불충분하다면 소자를 만들려고 시간을 소비할 필요가 없다고 UH에서 물리하과 교수인 렌 박사가 전했다.


계산을 위한 새로운 공식은 국립 과학 아카데미 학회지에 게재된 논문에서 자세히 설명되고 있다.
열전 물질들은 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 열 흐름을 이용하여 전기를 생산하며, 이러한 공식은 1950년대 러시아 물리학자 아브라암 F. 이오페 박사에 의해 개발되어 이 영역에서 여전히 폭넓게 이용되고 있다.
열전 물질에서, 효율은 물질이 열을 얼마나 전력으로 전환하는지에 대한 측정으로 계산된다.
여기서 열은 발전소나 다른 산업 과정에 의해 발생된 폐열을 의미한다.
예를 들어, 100와트의 열을 가지고 10와트의 전기를 생산하는 물질은 10퍼센트의 효율을 가진다.
현재 열전 물질의 최고 효율은 약 12퍼센트이다.


이오페 박사의 공식은 열전 특성이 물질의 길이에 걸쳐 온도 변화에도 불구하고 일정하게 유지된다고 가정하고 있다. 이는 많은 물질의 경우 사실이 아니다.
이오페 박사의 공식은 크기 없는 성능지수 ZT와 온도 사이 관계가 선형적으로 진행하는 물질이나 작은 영역의 온도 내에서 작동하는 열전 물질들의 경우에서만 정확하다.
그러나 이 관계는 자주 이오페 공식에 의해 계산된 효율값이 부정확하게 되게 하도록 선형이 아니다.
이는 이오페 공식에 따라 높게 효율적으로 결정된 높은 피크 ZT를 가진 새로운 물질들이 작동하지도 않고, 만약 (ZT)eng가 높더라도 실용적이지 않을 수 있다는 뜻이다.
일반적인 효율 공식은 자주 호도되고 비실용적으로 높은 효율 예측을 발생시킨다.
이런 이유로, 큰 온도 차이 하에서 작동하는 소자들을 위한 시간 의존 개별 TE (열전) 특성에 기반한 에너지 전환 효율을 예측하기 위한 새로운 모델을 세울 필요가 있다.


연구원들은 온도가 길이에 걸쳐 의존할 때 시벡에 의해 발생된 열인 톰슨 효과를 설명하는 두 개의 공식을 보고했다.
이 공식은 모든 열전 물질을 위해 최대 효율을 결정하도록 이용될 수 있다. 연구원들에 의해 만들어진 또 다른 공식은 톰슨 열이 무시될 때 이용될 수 있다.
새로운 공식들을 확인하기 위해 연구원들은 마그네슘-은-안티모니(MgAgSb) 화합물, 비스무스 테룰라이드, 반헤우슬러와 스쿠터루다이트 등 이전에 개발된 물질들로 만들어진 소자들을 제작하고 시험

했다.
시험치들은 새로운 공식들을 이용한 계산 분석에 의해 결정된 값들과 일치했다.
렌 박사는 새로운 공식들은 얼마나 높은 피크 ZT를 가지고 있더라도 새로운 물질이 연구할 가치가 있는지 결정하기 위한 새로운 방법으로 공학계에서 환영을 받을 것으로 기대하고 있다.

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