기본 콘텐츠로 건너뛰기

44%의 에너지 전환 효율을 달성한 열광전지(TPV) 셀


 

(To measure the power produced by his photovoltaic cells, Roy-Layinde holds a heat source held over the photovoltaic cell, which emits the infrared radiation that the cell converts into electricity. Wires connected to the photovoltaic cell run the electricity to a sensor that reads the voltage and amperage. Image credit: Brenda Ahearn, Michigan Engineering)

​

​

열에너지를 전기 에너지로 전환하는 가장 일반적인 방법은 가스 터빈이나 내연 기관처럼 운동에너지로 바꾼 후 발전기를 돌리는 것입니다. 가장 흔한 방식이지만, 효율이 좋은 가스 터빈도 35%를 넘기가 쉽지 않고 가솔린 엔진은 20%대 초반에 불과하다는 점이 큰 단점입니다.

​

이 단점을 극복할 수 있는 방법 중 하나가 바로 열광전지 TPV 셀 (Thermophotovoltaic cells)입니다. 태양 전지처럼 전자기방사 에너지를 직접 전기로 변환하는 장치인데, 태양 전지보다 낮은 적외선 영역에서 에너지를 전환한다는 것이 차이점입니다.

​

TPV는 고온에 물체에서 나오는 광자를 이용해 열에너지를 전기 에너지로 바꾸기 때문에 높은 효율을 기대할 수 있습니다. 따라서 발전소에서 활용하거나 고온의 열을 저장했다가 다시 전기로 바꾸는 열배터리에 활용이 기대되고 있습니다. 앞서 이 내용을 소개한 바 있습니다.

​

이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/223294938227

​

최근 미시간 대학 연구팀은 TPV 셀 에너지 전환 효율에서 44%라는 새로운 신기록을 달성했습니다. 연구팀은 이를 위해 실리콘 카바이드를 열 저장 물질로 선택해 1,435°C의 온도로 가열한 후 신중하게 설계된 반도체 시스템으로 광자를 잡아 전기로 전환했습니다.

​

연구팀이 만든 반도체는 인듐, 갈륨, 비소로 되어 있는데 사실 이것만으로는 에너지 전환 효율을 20-30% 정도밖에 기대할 수 없습니다. 그래서 연구팀은 반도체 뒤에 작은 공기층을 만들고 다시 금으로 만는 얇은 반사막을 배치했습니다. 빠져나간 광자 중 일부는 반도체에 다시 흡수되어 전기로 전환되고 나머지는 다시 열배터리에 흡수되어 다시 적절한 파장에서 에너지를 방출하는 원리입니다.

​

연구팀은 이렇게 달성한 44%의 에너지 전환 효율이 열배터리의 상용화 가능성을 높일 것으로 기대하고 있습니다. 기본적으로 열배터리는 벽돌이나 용융염처럼 값싼 물질을 사용해도 되기 때문에 결국 열에너지를 전기로 전환하는 TPV 셀의 효율과 가격이 상용화에 가장 큰 관건입니다.

​

저렴하고 에너지 전환효율이 우수한 TPV 셀이 에너지 저장 시스템이나 발전 분야에서 활약하는 날이 올지 주목됩니다.

​

참고

​

https://techxplore.com/news/2024-05-renewable-grid-recovering-electricity-storage.html

​

Bosun Roy-Layinde et al, High-efficiency air-bridge thermophotovoltaic cells, Joule (2024). DOI: 10.1016/j.joule.2024.05.002

​

라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

인슐린 주사 일주일에 한 번만 맞아도 된다?

   당뇨병은 관리가 까다로운 만성 질병 중 하나입니다. 특히 인슐린 주사가 필요한 경우에는 더 관리가 어렵습니다. 하루에 주사를 몇 번씩 맞아야 하면 찌르는 것도 고통이고 실수로 건너뛰거나 용량을 실수하는 경우도 드물지 않습니다. 특히 고령 환자의 경우 더 위험할 수 있습니다. 이런 문제를 극복하기 위해 여러 제약 회사들이 새로운 투여 방법과 인슐린 제제를 내놓고 있습니다.   최근 2상 임상 시험을 마친 노보 노디스크 ( Novo Nordisk )의 인슐린 아이코덱 ( icodec )은 일주일에 한 번 투여하는 장시간 인슐린 제제입니다. 아이코덱은 효소에 의해 분해되는 것을 막는 변형 인슐린 분자로 혈액에서 알부민과 결합해 서서히 분리되기 때문에 한 번 주사로도 일주일이나 효과를 유지할 수 있습니다.   하지만 이렇게 장시간 작용하는 인슐린 제제의 경우 환자의 식사나 운동 같은 상황 변화에 인슐린 농도가 적절하게 유지되지 않을 가능성이 있습니다. 이번 2상 임상시험에서는 247명의 당뇨 환자를 두 그룹으로 나눈 후 실험군은 일주일에 한 번씩 아이코덱을 투여받고 매일 위약을 투여받았습니다. 그리고 대조군은 반대로 일주일에 한 번씩 위약을 투여받고 하루에 한 번씩 장시간 인슐린 제제인 란투스 (Lantus, glargine) 100U을 투여받았습니다.   26주에 걸친 임상 실험 결과 하루에 한 번 란투스를 투여받은 그룹이나 일주일에 한 번 아이코덱을 투여받은 그룹에서 특별한 합병증 차이를 발견할 수 없었습니다. 혈당 조절의 지표인 당화 혈색소 (HbA1c) 농도 역시 아이코덱 그룹에서 1.33% 감소한 반면 란투스 그룹에서 1.15% 정도 감소해서 큰 차이는 없었습니다. 그렇다면 하루에 한 번 투여하는 대신 일주일에 한 번 투여하는 것이 더 편리하고 실수로 두 번 투여하거나 건너 뛸 위험성이 적을 것입니다. 이 연구 결과는 뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨 ( New England Journal...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기