“마그네슘 안티모나이드 금속화”…KERI, 열전발전 모듈 경제성 높였다

마그네슘 안티모나이드 소재 혁신이 열전반도체 산업의 경제성과 친환경성을 새롭게 정의하고 있다. 한국전기연구원(KERI) 전기변환소재연구센터 주성재 박사 연구팀은 마그네슘 안티모나이드(Mg3Sb2)를 적용한 열전발전 모듈의 금속화 공정 및 시제품 제조에 성공했다고 밝혔다. 해당 기술은 희귀 원소 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3)에 비해 소재 비용이 5분의 1에 불과하면서도, 열전발전의 상용화를 좌우하던 기술적 난제였던 전극 형성 문제를 해결했다. 업계는 금속화 공정 혁신을 ‘열전발전 상용화 경쟁의 분기점’으로 본다.

주 박사팀이 개발한 공정은 마그네슘&구리 호일을 전극으로 활용한다. 마그네슘 호일이 열전반도체 내부 마그네슘 손실을 차단하는 방어막 역할을 하고, 그 위를 구리 호일로 감싸 전기전도성을 유지한다. 무엇보다 이 공정은 ‘건식’ 방식으로 금속 호일을 열전반도체 위·아래에 붙이기만 하면 돼, 기존 분말 소재 소결법 대비 시간·공정비 절감이 가능하다. 실제 제조원가는 20% 이상 줄였으며, 온도차 100도에서 출력밀도 0.1 W/㎠ 이상을 구현했다.

마그네슘 안티모나이드의 실용화는 기존 비스무스 텔루라이드 기반 모듈 대비 소재 수급 불안, 환경 부담, 소재비 상승 우려를 크게 줄여준다. 특히 KERI 방식은 기업 입장에서 제조 재현성과 확장성이 좋아, 열전모듈 대량 생산 진입 장벽을 낮췄다는 평가다.

글로벌 열전반도체 시장에서는 비스무스 텔루라이드 기반 제품에 대한 희귀 원소 의존도가 시장 구조의 리스크로 지적돼 왔다. 반면 KERI 연구팀은 이번에 개발한 공정에 대해 국내외 특허를 출원하며 기술 보호에 나섰다. 미국, 중국, 일본 등 주요국에서도 신소재 전환과 친환경 열전기술 개발에 연구개발 투자가 집중되고 있다.

열전발전 기술은 자동차 폐열, 산업 플랜트, 통신·ICT 설비 등 에너지 회수 분야에서 활용될 수 있다. KERI는 향후 수요 기업을 대상으로 기술이전을 추진할 계획이다. 향후 적용 분야 확대와 정책적 지원에 따라 친환경 신소재·열전기기 시장의 본격 성장도 예상된다.

전문가들은 “이번 마그네슘 안티모나이드 금속화 공정은 실용화 한계와 양산 부담을 동시에 넘은 진전”이라며 “친환경·저비용 열전발전이 실제 에너지 산업의 전환점이 될 수 있을지 주목된다”고 평가했다. 산업계는 이번 기술이 실제 시장에 안착할 수 있을지 주시하고 있다.