열복사·액체냉각 폐열 수확을 위한 열에너지 전기변환 및 집적화 연구

Thermal energy harvesting from thermal radiation and coolant waste heat with integrated power conversion

연구 내용

열복사 및 액체냉각에서 얻는 저온 열원을 전기 신호로 변환하도록 열화학·광열 변환 구조를 설계하고, 직렬 집적을 단순화하여 전력 출력을 확보하는 연구

본 연구는 열복사와 액체 냉각에서 발생하는 저온 폐열을 전기 에너지로 전환하는 변환 소자를 목표로 합니다. 열복사 에너지는 pyroelectric 기반 변환 구조로 신호를 생성하며, 수확 효율을 높이기 위해 전극·유전체 복합 거동을 함께 고려합니다. 액체 냉각 폐열 수확에서는 thermo-electrochemical flow cell을 구성하여 유량과 열원 조건 변화에 따른 전기 변환을 평가합니다. 또한 다수 TEC의 전압 요구 조건을 만족하기 위해 separation-free planar series interconnection(SPSI) 구조로 전해질 주입과 실링 공정의 반복을 줄이도록 설계합니다. 변환 효율과 집적 공정성을 동시에 고려하는 점이 핵심 차별점입니다.

관련 프로젝트

0건

연구 흐름

초기에는 열복사 에너지에서 전압 출력을 얻는 pyroelectric 변환 구조를 정리하고, 전극 및 유전체 재료 조합을 통해 수확 성능을 향상시키는 방향으로 연구를 수행했습니다. 이후에는 액체 냉각 시스템에서 발생하는 열을 thermo-electrochemical 방식으로 수확하는 flow cell 연구로 확장했습니다. 2022~2023년에는 TEC 직렬 구성이 필요한 응용을 염두에 두고, 대량 집적 시 공정 복잡도를 줄이는 separation-free planar interconnection 개념을 제시하고 실제 다셀 소자를 제작해 성능을 확인했습니다. 최근에는 열원 조건 변화에 대응하는 전기변환 평가를 통해 활용 가능 범위를 넓히는 연구를 수행했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

열복사 기반 에너지 하베스터
저온 폐열 회수 발전 모듈
액체냉각 연계 전원
TEC 다셀 직렬 집적 구조
SPSI 공정 기반 전력 모듈
유량 의존 출력 제어
IoT 저전력 전원
스마트 빌딩 열관리 센서 전원
열원-부하 매칭 설계
열에너지 기반 무선 센싱 플랫폼