국민대학교(총장 임홍재) 응용화학부 전주원 교수 연구팀은 UNIST(총장 이용훈) 에너지 및 화학공학부의 장성연 교수팀과 공동으로 자가치유가 가능하며, 신축성을 동시에 지닌 고효율 ‘이온성 유기 열전소재’를 세계 최초로 개발했다.

이번 연구결과는 에너지, 환경, 화학, 공학 분야 저명 학술지인 ‘Energy & Environmental Science (IF: 33.250, JCR 분야 상위 0.2%)에 5월 15일 온라인으로 게재됐다.

높은 효율을 갖는 열전소재는 일반적으로 무기물이 사용된다. 하지만 무기물 기반 열전소재는 인체의 움직임이나 충격 등 기계적 손상에 취약한 단점이 있다. 반면 유기물 기반 열전소재는 무기물에 비해서는 유연한 장점이 있지만, 열전 변환 효율은 높지 않은 문제가 있다.

공동연구팀은 ‘전도성 고분자’와 ‘전해질 고분자’를 이용해 높은 열전변환성능을 갖는 유기물 기반 열전소재를 개발했다. 개발된 열전소재는 열에 의한 ‘이온’(ion)의 확산 현상에 의해 전압이 발생하기 때문에 유기고분자임에도 열전 변환 효율이 높다. 또한 구조내의 물리적 가교에 의해 매우 높은 신축성을 지녔으며, 찢어짐과 같은 파손을 스스로 치료할 수 있다. 

개발된 열전소재는 1.04에 달하는 우수한 열전 성능지수(ZT)를 보였으며, 반복적인 절단 및 늘림에도 불구하고 본래의 열전 성능을 유지했다.

본 연구를 통해서 개발된 자가치유 특성과 우수한 기계적 물성을 지닌 고성능 열전소재는 향후 웨어러블 자가전원을 개발에 핵심소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.본 연구는 연합뉴스, 서울경제, 헤럴드경제, 대학저널 등 17개 뉴스매체에 보도되었다.

그림 1. 개발된 열전소재의 자가 치유 성능. 그림(a) 자가 치유 열전소재의 작동 개략도. 절단 후에도 자가 치유를 통해 전기전도성을 유지함. 그림(b) 절단 실험 후에도 자가 치유를 통해 기전력(thermovoltage) 유지 (c) 여러 번의 절단과 자가 치유를 반복해도 안정적인 기전력과 전도효율을 보임

관련기사 6건