연구원들이 주변 온도에서 에너지를 수확할 수 있는 새로운 유기 열전 장치를 개발했습니다.오늘날 열전 장치는 여러 가지 용도로 사용되지만 이를 완전히 활용하려면 여전히 장애물이 존재합니다.연구팀은 유기재료의 독특한 능력을 결합해 온도 구배가 없는 상온에서 열전 발전을 위한 프레임워크 개발에 성공했다.

그들의 연구 결과는 저널에 게재되었습니다.네이처커뮤니케이션즈.

열전 장치 또는 열전 발전기는 열이 있는 한 열을 전기로 변환할 수 있는 일련의 에너지 생성 재료입니다.온도 구배...기기의 한쪽은 뜨겁고 다른 쪽은 차가운 곳입니다.이러한 장치는 수확 시 잠재적인 유용성을 위해 연구 개발의 중요한 초점이 되어 왔습니다.폐열다른 에너지 생성 방법으로부터.

아마도 가장 잘 알려진 열전 발전기의 용도는 다음과 같습니다.우주 탐사선화성 큐리오시티(Mars Curiosity) 탐사선이나 보이저(Voyager) 탐사선과 같은 것입니다.이 기계는 방사성 동위원소로 구동됩니다.열전 발전기, 여기서 열이 발생하는 곳방사성 동위원소열전 장치가 장비에 전원을 공급할 수 있도록 온도 구배를 제공합니다.

그러나 높은 생산 비용, 유해 물질 사용, 낮은 에너지 효율 및 상대적으로 높은 온도의 필요성 등의 문제로 인해 열전 장치는 오늘날에도 충분히 활용되지 못하고 있습니다.

"우리는 주변 온도에서 에너지를 수확할 수 있는 열전 장치를 만드는 방법을 조사하고 있었습니다. 우리 연구실은 열전 장치의 유용성과 응용에 중점을 두고 있습니다.유기 화합물그리고 많은 유기화합물은독특한 속성연구를 이끈 규슈대학교 유기광자전자연구센터(OPERA)의 아다치 치하야 교수는 이렇게 설명합니다.

"유기 화합물의 장점을 보여주는 좋은 예는 OLED나 유기 태양전지에서 찾을 수 있습니다."

핵심은 전하 전달 인터페이스로 잘 작동하는 화합물을 찾는 것이었습니다. 즉, 서로 쉽게 전자를 전달할 수 있다는 의미입니다.다양한 재료를 테스트한 후 연구팀은 구리 프탈로시아닌(CuPc)과 구리 헥사데카플루오로 프탈로시아닌(F)이라는 두 가지 실행 가능한 화합물을 발견했습니다.₁₆CuPc).

"이 새로운 인터페이스의 열전 특성을 개선하기 위해 우리는 풀러렌과 BCP도 통합했습니다"라고 Adachi는 말합니다."이들은 전자 수송을 효과적으로 촉진하는 것으로 알려져 있습니다. 이들 화합물을 함께 추가하면 장치의 성능이 크게 향상되었습니다. 결국 우리는 CuPc의 180nm 층, F의 320nm 층을 갖춘 최적화된 장치를 갖게 되었습니다.₁₆CuPc, 풀러렌 20nm, BCP 20nm입니다."

최적화된 장치의 개방 회로 전압은 384mV, 단락 회로 전압은 384mV였습니다.전류 밀도1.1μA/cm², 최대 출력은 94nW/cm².더욱이, 이 모든 결과는 온도 구배를 사용하지 않고 실온에서 달성되었습니다.

"개발에 상당한 진전이 있었습니다.열전 장치, 그리고 우리가 제안한 새로운 유기 장치는 확실히 발전하는 데 도움이 될 것입니다."라고 Adachi는 결론지었습니다.

"우리는 이 새로운 장치에 대한 연구를 계속하고 싶고 다른 재료로 이를 더욱 최적화할 수 있는지 확인하고 싶습니다. 장치의 면적을 늘리면 더 높은 전류 밀도를 달성할 수도 있는데, 이는 유기 재료의 경우에도 드문 일입니다.유기 물질이 놀라운 잠재력을 가지고 있음을 보여주기 위해."