한국전기연구원(KERI)이 ‘마그네슘 안티모나이드(Mg₃Sb₂)’ 기반 열전모듈 상용화를 가속화하며, 에너지 효율화와 탄소 저감에 기여할 것으로 기대가 모아진다.

전기연구원은 전기변환소재연구센터 주성재 박사팀이 친환경 신소재 ‘마그네슘 안티모나이드(Mg₃Sb₂)’를 활용한 열전발전 모듈의 경제성과 상용화 가능성을 획기적으로 높이는 금속화 공정 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

이 공정을 적용한 시제품을 제작·검증해 기존 비스무스 텔루라이드(Bi₂Te₃) 기반 모듈 대비 제조 원가를 20% 이상 절감하면서, 온도차 100℃에서 0.1W/cm² 이상의 출력 밀도를 확보했다.

열전발전 모듈은 P형과 N형 반도체 소재 상·하면에 전극을 부착해 온도 차이를 전기에너지로 바꾸는 장치다.

반면에 P·N형 소재로 쓰이던 Bi₂Te₃는 고가의 텔루륨이 필수 원료여서 상용화 걸림돌로 지목돼 왔다.

이에 연구팀은 Mg₃Sb₂가 저비용·희소금속 비함유라는 장점을 지녔지만, 기존 니켈 전극 도금 공정과 부적합해 실용화에 한계가 있던 점을 주목했다.

주성재 박사팀은 니켈 대신 마그네슘 호일을 내부 방어막으로, 외부에는 전도성이 높은 구리 호일을 결합하는 건식 금속화 공정을 새롭게 고안했다.

이 방식은 분말 소결을 거치지 않고 금속 호일을 반도체 위·아래에 직접 접합해 재현성과 확장성이 높고, 기업의 양산화에도 유리하다.

시제품 테스트 결과, Mg₃Sb₂ 모듈의 성능 저하 없이 제조 단가를 큰 폭으로 낮출 수 있음을 입증했다.

주 박사는 “Mg₃Sb₂ 열전소재의 잠재력은 인정됐으나, 전극 형성이 어려워 모듈화 단계로 진전하지 못했었다”며 “이번 금속화 공정으로 실용화 문턱을 크게 낮추고, 산업계에 새로운 상용 열전모듈 대안을 제시했다”고 말했다.

KERI는 이 기술에 대해 국내외 특허를 출원했으며, 신재생에너지 및 스마트팩토리 분야 기업과의 기술이전을 추진 중이다.

이번 성과로 Mg₃Sb₂ 기반 열전모듈 상용화가 가속화되면서 에너지 효율화와 탄소 저감에 기여할 것으로 기대된다.