KR101105661B1 - 열전특성을 가지는 액체 화합물을 이용한 Ｐ-Ｔｙｐｅ, Ｎ-Ｔｙｐｅ의 열전물질 제조방법 및 이를 포함하는 열전 소자 - Google Patents
열전특성을 가지는 액체 화합물을 이용한 Ｐ-Ｔｙｐｅ, Ｎ-Ｔｙｐｅ의 열전물질 제조방법 및 이를 포함하는 열전 소자 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 열전특성을 가지는 액체 화합물을 이용한 P-Type, N-Type의 열전물질 제조방법에 관한 것으로서, 반응기를 냉각시키는 단계, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 인듐 및 납 중에서 선택된 어느 하나의 용질을 상기 냉각된 반응기에 투입하고, 반응기를 진공상태로 조절하는 단계 및 상기 용질을 투입한 진공 상태의 반응기에 특정의 용매를 반응기에 투입하여 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 열전 특성을 가지는 열전물질의 제조방법은 금속의 농도, 반응 온도를 조절하여 열전 특성을 가지는 P-type, N-type의 열전물질을 제조하는 방법으로서, 정량화된 금속의 농도를 사용하여 열전율이 우수한 열전 화합물을 제조할 수 있고, 본 발명에 따른 P-type, N-type의 열전물질을 이용하여 중, 저온에서 이용 가능한 열전 소자를 제조하여 태양열, 지열, 해수열, 인체열, 자동차 폐열, 모바일 기기의 폐열 등의 각 열원으로부터 전류를 내는 열전 전력 발전기로 활용이 가능하다.
Description
본 발명은 열전특성을 가지는 액체 화합물을 이용한 P-Type, N-Type의 열전물질 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속의 농도 및 반응 온도를 조절하여 열전특성을 갖는 P-Type, N-Type의 열전물질을 제조하고, 이를 포함하는 중, 저온에서 이용이 가능한 열전소자에 관한 것이다.
서로 다른 두 금속을 접합하고 각각을 다른 온도에 노출시킬 경우 기전력이 발생하는 현상을 발견한 것을 토대로 열전전력발전은 발전되어 왔다. 기존의 열전 발전은 p-n 접합 구조를 이용하여 대부분 박막 또는 나노와이드의 고효율의 열전물질 개발에 주력하고 있으며, 금속화합물 특성을 가지고 있는 대부분의 열전물질들은 양극 간의 온도차(+ 극과 - 극간의 ΔT)에 의해 열전이 이루어진다. 이러한 열전 발전의 원리는 다음과 같다.
서로 다른 이종금속을 결합시켜 한 쪽에 열을 가해 양단간에 온도차(ΔT)를 주게 되면, n-type 물질과 p-type 물질에서 온도차에 의해 고온부에서 저온부로 전자의 이동이 일어나 열기전력(V)이 발생하고 이를 상쇄하기 위한 전류가 흘러 전력이 발생하게 된다. 이와 같이 서로 다른 금속의 양단에 온도차에 의해 전위차가 발생하는 것을 "제벡 효과(Seebeck effect)"라 한다.
그리고, 열전 성능은 열전 성능지수 ZT로 표기하며 하기 식(1)과 같다.
ZT = α2σT/k 식(1)
상기 식(1)에서,
α는 제백계수이고, σ는 전기전도도, k는 열전도도, T는 고온과 저온의 평균절대온도를 나타낸다.
또한, 열전 물질로는 여러 종류의 재료가 연구되고 있으며, 현재 Bi-Te계, Pb-Te계, Si-Ge계 및 Fe-Si계 합금을 기본으로 하는 재료가 가장 널리 이용되고 있다. 이들 재료는 온도 구간에 따라 성능에 차이가 있어 약 200 ℃이하에서는 Bi-Te계, 500 ℃정도까지는 Pb-Te계, 그 이상에서는 Si-Ge계 재료가 우수한 열전 물질로 이용되고 있다.
그러나, 현재 존재하는 열전 물질은 고체로 존재하며 고온(200 ℃ 이상)에서 이용 가능한 실정이며 중, 저온에서 이용 가능한 열전 물질은 아직까지 개발되지 않았다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 중, 저온에서도 이용이 가능하고, 열전소자의 P-type, N-type에 적용이 가능한 액체형태의 열전 화합물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 제조방법에 따라 제조된 P-type, N-type에 적용이 가능한 액체형태의 열전 화합물을 포함하는 열전소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여,
(a) 반응기의 온도를 반응기에 투입할 용매의 끓는점 이하인 - 6 ~ - 10 ℃로 냉각시키는 단계, (b) 나트륨, 칼륨, 칼슘, 인듐 및 납 중에서 선택된 어느 하나의 용질을 상기 냉각된 반응기에 투입하고, 반응기를 감압하는 단계 및 (c) 상기 용질을 투입한 감압 상태의 반응기에 아민 계열, 에테르 계열, 아미드 계열 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매를 반응기에 투입하여 반응시키는 단계를 포함하는 P-type 열전물질 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, (d) 반응기의 온도를 조절함과 동시에 반응기에서 발생하는 가스를 방출시켜서 압력을 조절하여 상기 생성된 P-type 열전물질을 액체 상태로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 용매는 디에틸에테르(Diethylether), 디에틸아민(Diethylamine), 메틸아민(methylamine), 에틸아민(ethylamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 부틸아민(butylamine), 에탄올아민(ethanolamine), 테르라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 헥사민(hexamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 프로필아민(propylamine, n-propylamine, isoproplyamine), 트리에틸아민(triethylamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 프로플렌디아민(propylenediamine), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide), 트라이아마이드화 헥사메틸인산(hexamethylphosphoric triamide), 디글린(diglyme), 디메틸프로판아마이드(dimethypropanamide) 및 디프로필아세트아마이드(dipropylacetamide)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 용질은 1-3 MPM의 농도로 반응기에 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 생성된 P-type 열전물질은 용매화 전자(solvated electron)에 의해서 짙은 파란색(H V/C : 2.5PB 1-3/5-7)을 나타내고, 이에 의해서 열전물질의 생성을 확인하고 반응을 종료할 수 있다.
또한, 본 발명은 (e) 반응기의 온도를 반응기에 투입할 암모니아 용매의 끓는점 이하인 - 34 ~ - 40 ℃로 냉각시키는 단계, (f) 나트륨, 칼륨, 칼슘, 인듐 및 납 중에서 선택된 어느 하나의 용질을 상기 냉각된 반응기에 투입하고, 반응기를 감압하는 단계 및 (g) 상기 용질을 투입한 감압 상태의 반응기에 암모니아 용매를 반응기에 투입하여 반응시키는 단계를 포함하는 N-type 열전물질 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, (h) 반응기의 온도를 조절함과 동시에 반응기에서 발생하는 가스를 방출시켜서 압력을 조절하여 상기 생성된 N-type 열전물질을 액체 상태로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 용질은 3-4 MPM의 농도로 반응기에 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 생성된 N-type 열전물질은 용매화 전자(solvated electron)에 의해서 짙은 파란색(H V/C : 2.5PB 3-5/9-11)을 나타내고, 이에 의해서 열전물질의 생성을 확인하고 반응을 종료할 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,
상기 제조방법에 따라 제조된 P-type 열전물질을 포함하는 P-type 셀, N-type 열전물질을 포함하는 N-type 셀, 상기 P-type 셀의 일측에 설치된 양극, 상기 N-type 셀의 일측에 설치된 음극 및 상기 셀을 가열하는 가열부를 포함하고, 상기 P-type 셀의 다른 일측과 상기 N-type 셀의 다른 일측이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 P-type 셀 및 N-type 셀의 소재는 알루미늄, 철, 백금, 은, 금 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나이고, 형태는 원통형, 판형, 튜브형, 원형 및 필름형 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은 열전소자를 이용하여 2차 전지를 충전하는 방법과, 열을 전기에너지로 변환하는 열전변환방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열전 특성을 가지는 열전물질의 제조방법은 금속의 농도, 반응 온도를 조절하여 열전 특성을 가지는 P-type, N-type의 열전물질을 제조하는 방법으로서, 정량화된 금속의 농도를 사용하여 열전율이 우수한 열전 화합물을 제조할 수 있고, 본 발명에 따른 P-type, N-type의 열전물질을 이용하여 중, 저온에서 이용 가능한 열전 소자를 제조하여 태양열, 지열, 해수열, 인체열, 자동차 폐열, 모바일 기기의 폐열 등의 각 열원으로부터 전류를 내는 열전 전력 발전기로 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 P-type, N-type의 열전 물질을 이용한 P-N type 열전 소자의 동작원리를 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 P-N type 열전소자를 나타낸 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 P-N 열전 소자의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 P-type, N-type의 열전 물질을 포함하는 열전변환장치를 이용한 2차 전지의 충전 형태를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 P-N type 열전소자를 나타낸 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 P-N 열전 소자의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 P-type, N-type의 열전 물질을 포함하는 열전변환장치를 이용한 2차 전지의 충전 형태를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 메탈을 포함하는 화합물은 용질인 금속의 농도, 반응 온도 또는 반응기의 내부 압력을 조절함으로써 각각 열전 소자의 P-type, N-type에 적용 가능한 액체 형태의 열전 화합물을 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 우선 초저온(-80 ℃ 이하), 중저온(-80 ~ -30 ℃), 저온과 상온(-30 ~ 60 ℃)에서 각각 이용 가능한 P-type 열전 물질 제조방법은 용매로서 아민계열, 에테르 및 아미드 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을, 용질로서 나트륨(Na), 칼륨(K) 및 칼슘(Ca) 중 하나를 선택하여 준비한다.
P-Type 열전 물질을 제조하기 위한 반응기를 준비하고, 상기 용매의 끓는점 미만의 온도로 유지되도록 상기 반응기를 냉각시키며, 상기 용질의 양을 적정하여 상기 반응기 내부에 투입한 후, 상기 반응기의 내부를 진공 상태로 조절하고, 상기 용매의 양을 적정하여 반응기 내부에 투입하여 화합물을 생성한다. 또한, 적정시간이 지난 후 화합물 생성이 완료됨을 색깔을 통해 확인하고 상기 화합물의 액화점 미만의 온도로 상기 반응기를 냉각시키고 이 때 발생하는 가스를 외부로 적절히 방출시켜 내부 압력을 조절하여 액체 상태의 열전 화합물을 생성한다.
초저온(-80 ℃ 이하)에서 이용이 가능한 P-Type 열전 물질을 제조함에 있어서, 먼저, 용매로서 아민계열, 에테르 및 아미드 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을, 용질로서 나트륨(Na), 칼륨(K) 및 칼슘(Ca) 중 하나를 선택하여 준비한다.
본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 용매는 메틸아민(methylamine), 에틸아민(ethylamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 부틸아민(butylamine), 에탄올아민(ethanolamine), 테르라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 헥사민(hexamine), 디에탄올아민(diethanolamine), 프로필아민(propylamine, n-propylamine, isoproplyamine), 트리에틸아민(triethylamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 프로플렌디아민(propylenediamine), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide), 트라이아마이드화 헥사메틸인산(hexamethylphosphoric triamide), 디글린(diglyme), 디메틸프로판아마이드(dimethypropanamide) 및 디프로필아세트아마이드(dipropylacetamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하고, 상기 용질은 1 MPM - 3 MPM의 농도로 투입한다.
여기서, MPM이란 금속의 몰 퍼센트(Mole Percent Of Metal)의 약자를 칭하는 것으로, 용질의 몰을 전체의 몰(용매의 몰 + 용질의 몰)로 나눈 후 100을 곱하여 퍼센트로 나타낸 것이다. 수식으로 표현하면 다음과 같다.
[금속(용질)의 몰/(용매의 몰+용질의 몰)]×100
상기와 같은 농도에서, solvated positive ion M(R)X +, solvated electrons es -, ion pair M+es - 또는 M+M-, ion triple es -M+es -, metal anion M(R)X - 중 하나 이상이 만들어 지고, solvated electron, 즉 용매화 전자에 의해 생성된 열전 화합물은 파랑색(blue)을 띄게 된다. 반응식은 하기와 같다.
[반응식]
M(solid) + R(fluid) → M(R)X + + e-(R)q
M(R)X + + 2e-(R)q ↔ M(R)X -
M(R)X + + M(R)X - ↔ M(R)X +·(R)X -
M(R)X + + e-(R)x ↔ M(R)X +·e-(R)q
M(R)X + + 2e-(R)x ↔ M(R)X +·e-(R)q
상기 반응식에서, M은 금속이고, R은 용매이며, x는 4 내지 10의 정수이고, q는 1 내지 10의 정수이다.
상기 생성된 열전 화합물을 액체 상태로 유지하기 위하여, 온도조절장치를 이용해 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 액화점 이하로 낮춰주거나, 온도를 당 0.5 내지 1의 속도로 승온 또는 강온하면서 이와 동시에 압력을 조절하여 초저온(-80 ℃ 이하), 중저온(-80 ℃ ~ -30 ℃), 저온과 상온(-30 ℃ ~ 60 ℃)에서 각각 이용이 가능한 열전물질을 제조한다.
다음으로, 우선 초저온(-80 ℃ 이하), 중저온(-80 ℃ ~ -30 ℃), 저온과 상온(-30 ℃ ~ 60 ℃)에서 각각 이용 가능한 N-Type 열전 물질을 제조함에 있어서, 용매로서 암모니아를, 용질로서 나트륨(Na), 칼륨(K), 칼슘(Ca)중 하나를 선택하여 준비하고, N-Type 열전 물질을 제조하기 위한 반응기를 준비하고, 상기 용매의 끓는점 미만의 온도로 유지되도록 상기 반응기를 냉각시키며, 상기 용질의 양을 적정하여 상기 반응기 내부에 투입한 후, 상기 반응기의 내부를 진공 상태로 조절한 후에 상기 용매의 양을 적정하여 반응기 내부에 투입하여 화합물을 생성한다. 또한, 적정시간이 지난 후 화합물 생성이 완료됨을 색깔을 통해 확인하고 상기 화합물의 액화점 미만의 온도로 상기 반응기를 냉각시키고 이 때 발생하는 가스를 외부로 적절히 방출시켜 내부 압력을 조절하여 액체 상태의 N-type 열전 물질을 제조한다. 상기 용질은 3-4 MPM 농도로 투입한다. 상기와 같은 농도에서 반응식은 하기와 같다.
[반응식]
M(solid) + R(fluid) → M(R)X + + e-(R)q
M(R)X + + M(R)X - ↔ M(R)X +·M(R)X -
M(R)X + + e-(R)x ↔ M(R)X +·e-(R)q
M(R)X + + 2e-(R)x ↔ M(R)X +·2e-(R)q
상기 반응식에서, M은 금속이고, R은 용매이며, x는 4 내지 10의 정수이고, q는 1 내지 10의 정수이다.
상기 생성된 열전 화합물을 액체 상태로 유지하기 위하여, 온도조절장치를 이용해 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 액화점 이하로 낮춰주거나, 온도와 압력을 동시에 조절한다.
한편, 반응기 내부는 비활성기체 조건으로 조절하는 것이 바람직하고, 이는 투입된 용질인 금속이 산소 또는 수분과의 반응하는 것을 방지하기 위함이다.
용질을 상기 반응기에 투입한 후, 상기 반응기의 내부를 진공 상태로 조절한다. 진공 상태는 통상의 진공 상태의 압력이면 제한되지 않으나, 본 발명에 있어서 10-5 mbar 또는 10-6 torr 이하의 압력인 것이 바람직하다.
상기 용매를 반응기에 투입시에는 테프론 소재의 연결장치를 통해 플로우미터를 이용하여 용기에 적정량을 주입하는 것이 바람직하고, 투입된 용매가 액화됨에 따라 용질이 서서히 녹으면서 화합물이 생성된다.
그 후, 생성된 화합물의 색을 확인한 후 반응을 종료하고, 상기 생성된 열전 화합물을 액체 상태로 유지하기 위하여, 온도조절장치를 이용해 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 액화점 이하로 낮춰주거나, 온도를 당 0.5 내지 1의 속도로 승온 또는 강온하면서 이와 동시에 압력을 조절하여 초저온(-80 ℃ 이하), 중저온(-80 ℃ ~ -30 ℃), 저온과 상온(-30 ℃ ~ 60 ℃)에서 각각 이용이 가능한 열전물질을 제조한다.
압력계를 이용하여 반응기 내부의 압력을 측정하여, 반응기 내부의 압력이 계산한 한계 압력보다 높아지게 되면, 반응기 내부의 변형이나 제조된 물질 또는 물질의 분해반응에 의해 발생되는 가스가 새어나가기 때문에 내부의 가스를 배출하고 화합물의 제조를 종료한다. 또한, 반응기 내부 압력이 적정 수준일 경우는 상온 온도로 계속해서 승온시키고 내부 압력이 평형 상태에 도달할 때까지 대기하여 화합물 제조를 종료한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 메탈암모니아 또는 메탈아민 화합물의 제조방법은 공정상에서 금속의 농도, 반응 온도를 용이하게 조절하여 저온 또는 중온에서 이용 가능한 P-N 열전물질 화합물을 쉽게 제조할 수 있으며, 정량화된 온도와 금속의 농도를 통해 원하는 온도에서 사용 가능한 열전 물질을 정확하게 제조할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따라 제조된 P-type의 열전물질은 상기 용질을 1-3 MPM 농도로 투입하여 제조하고, 파랑색(H V/C: 2.5PB 1-3/5-7)을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 제조된 N-type의 열전물질은 상기 용질을 3-4 MPM 농도로 투입하여 제조하고, 파랑색 (H V/C: 2.5PB 3-5/9-11)을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 P-type 열전물질을 포함하는 P-type 셀, N-type 열전물질을 포함하는 N-type 셀, P-type 셀의 일측에 설치된 양극, N-type 셀의 일측에 설치된 음극 및 셀을 가열하는 가열부를 포함하는 열전소자를 제공한다.
상기 P-type 셀의 다른 일측과 상기 N-type 셀의 다른 일측이 접합되어 있는 것을 특징으로 하고, 열에 의해서 생성된 전자가 이동할 수 있는 구조로 되어 있다.
본 발명에서, P-type, N-type 열전 물질을 제조하는 반응기는 그 자체로 열전 소자에 포함되는 P-type 셀, N-type 셀이 될 수 있고, 반응기내에 P-type 셀, N-type 셀을 포함할 수 도 있다.
상기 P-type 셀, N-type 셀은 진공 상태를 유지할 수 있고, 본 발명에 따라 제조된 열전 물질이 담긴 채로 밀봉되어 내외로 출입이 없는 폐쇄된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 P-type 셀 및 N-type 셀의 소재는 알루미늄, 철, 백금, 은, 금 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나이고, 형태는 원통형, 판형, 튜브형, 원형 및 필름형 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
<실시예>
실시예 1. 초저온에서 이용가능한 P-type 열전 물질 제조
스테인레스 재질의 반응기를 준비하고, 냉각기를 이용하여 반응기 내부의 온도를 메틸아민의 끓는점인 - 6 ℃ 이하로 유지되게 냉각하였다.
나트륨의 농도가 1 MPM이 되도록 메틸아민과 나트륨의 비율을 99 : 1로 적정하여 준비하였다. 준비한 나트륨을 상기 반응기 내부로 투입한 후, 진공펌프를 이용하여 반응기 내부의 압력을 10-5 mbar로 조절하여 진공상태를 만들었다. 그 후, 준비한 메틸아민 가스를 테프론 소재의 연결장치를 통해 계산된 적정량을 플로우미터를 이용하여 상기 반응기 내부로 투입하였다. 약 10 분 후, 반응기 내부에서 생성된 화합물을 확인한 결과 짙은 파란색을 띄고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 온도조절장치를 이용해 반응기 내부압력을 측정하면서 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 낮춰주어 나트륨메틸아민의 어는점까지 낮춰주고 이 때 발생하는 가스를 외부로 방출시켜 내부 압력을 조절하였고, 그 후 준비한 전극과 결합시켜 제조하였다.
실시예 2. 초저온에서 이용가능한 N-type 열전 물질 제조
스테인레스 재질의 반응기를 준비하고, 냉각기를 이용하여 반응기 내부의 온도를 암모니아의 끓는점인 - 34 ℃ 이하로 유지되게 냉각하였다.
나트륨의 농도가 3 MPM이 되도록 암모니아와 나트륨의 비율을 97 : 3으로 적정하여 준비하였다. 준비한 나트륨을 상기 반응기 내부로 투입한 후, 진공펌프를 이용하여 반응기 내부의 압력을 10-5 mbar로 조절하여 진공상태를 만들었다. 그 후, 준비한 암모니아 가스를 테프론 소재의 연결장치를 통해 계산된 적정량을 플로우미터를 이용하여 상기 반응기 내부로 투입하였다. 약 10 분 후, 반응기 내부에서 생성된 화합물을 확인한 결과 파란색을 띄고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 온도조절장치를 이용해 반응기 내부압력을 측정하면서 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 낮춰주어 나트륨암모니아의 어는점까지 낮춰주고 이때 발생하는 가스를 외부로 방출시켜 내부압력을 조절하였고, 그 후 준비한 전극과 결합시켜 제조하였다.
실시예 3. 중저온에서 이용가능한 P-type 열전 물질 제조
스테인레스 재질의 반응기를 준비하고, 냉각기를 이용하여 반응기 내부의 온도를 메틸아민의 끊는점인 - 6 ℃ 이하로 유지되게 냉각하였다.
칼슘의 농도가 1 MPM이 되도록 메틸아민과 칼슘의 비율을 99 : 1로 적정하여 준비하였다. 준비한 칼슘을 상기 반응기 내부로 투입한 후, 진공펌프를 이용하여 반응기 내부의 압력을 10-5 mbar로 조절하여 진공상태를 만들었다. 그 후, 준비한 메틸아민 가스를 테프론 소재의 연결장치를 통해 계산된 적정량을 플로우미터를 이용하여 상기 반응기 내부로 투입하였다. 약 10 분 후, 반응기 내부에서 생성된 화합물을 확인한 결과 짙은 파란색을 띄고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 온도조절장치를 이용해 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 - 40 ℃까지 낮춘 후, 준비한 전극과 결합시켜 제조하였다.
실시예 4. 중온에서 이용 가능한 N-type 열전 물질 제조
스테인레스 재질의 반응기를 준비하고, 냉각기를 이용하여 반응기 내부의 온도를 암모니아의 끓는점인 - 34 ℃ 이하로 유지되게 냉각하였다.
칼슘의 농도가 3 MPM이 되도록 암모니아와 칼슘의 비율을 97 : 3으로 적정하여 준비하였다. 준비한 칼슘을 상기 반응기 내부로 투입한 후, 진공펌프를 이용하여 반응기 내부의 압력을 10-5 mbar로 조절하여 진공상태를 만들었다. 그 후, 준비한 암모니아 가스를 테프론 소재의 연결장치를 통해 계산된 적정량을 플로우미터를 이용하여 상기 반응기 내부로 투입하였다. 약 10 분 후, 반응기 내부에서 생성된 화합물을 확인한 결과 파란색을 띄고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 온도조절장치를 이용해 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 - 40 ℃까지 낮춘 후, 준비한 전극과 결합시켜 제조하였다.
실시예 5. 저온과 상온에서 이용 가능한 P-type 열전 물질 제조
스테인레스 재질의 반응기를 준비하고, 냉각기를 이용하여 반응기 내부의 온도가 메틸아민의 끊는점인 - 6 ℃ 이하로 유지되게 냉각하였다.
칼슘의 농도가 1 MPM이 되도록 메틸아민과 칼슘의 비율을 99 : 1로 적정하여 준비하였다. 준비한 칼슘을 상기 반응기 내부로 투입한 후, 진공펌프를 이용하여 반응기 내부의 압력을 10-5 mbar로 조절하여 진공상태를 만들었다. 그 후, 준비한 메틸아민 가스를 테프론 소재의 연결장치를 통해 계산된 적정량을 플로우미터를 이용하여 상기 반응기 내부로 투입하였다. 약 10 분 후, 반응기 내부에서 생성된 화합물을 확인한 결과 짙은 파란색을 띄고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 온도조절장치를 이용해 반응기 내부압력을 측정하면서 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 높여 상온의 온도로 높이고, 이 때 발생하는 가스를 외부로 적절히 방출시켜 내부 압력을 조절하였다. 그 후 준비한 전극과 결합시켜 제조하였다.
실시예 6. 저온과 상온에서 이용 가능한 N-type 열전 물질 제조
스테인레스 재질의 반응기를 준비하고, 냉각기를 이용하여 반응기 내부의 온도가 암모니아의 끓는점인 - 34 ℃ 이하로 유지되게 냉각하였다.
칼슘의 농도가 3 MPM이 되도록 암모니아와 칼슘의 비율을 97 : 3 으로 적정하여 준비하였다. 준비한 칼슘을 상기 반응기 내부로 투입한 후, 진공펌프를 이용하여 반응기 내부의 압력을 10-5 mbar로 조절하여 진공상태를 만들었다. 그 후, 준비한 암모니아 가스를 테프론 소재의 연결장치를 통해 계산된 적정량을 플로우미터를 이용하여 상기 반응기 내부로 투입하였다. 약 10 분 후, 반응기 내부에서 생성된 화합물을 확인한 결과 파란색을 띄고 있는 것을 관찰할 수 있었다. 온도조절장치를 이용해 반응기 내부압력을 측정하면서 분당 0.5 내지 1의 속도로 온도를 높여주어 상온까지 온도를 높이고, 이 때 발생하는 가스를 외부로 방출시켜 내부 압력을 조절하였다. 그 후 준비한 전극과 결합시켜 제조하였다.
Claims (13)
- 액체 상태 P-type 열전물질의 제조방법에 있어서,
(a) 반응기의 온도를 메틸 아민 용매의 끓는점 이하인 - 6 ~ - 10 ℃로 냉각시키는 단계;
(b) 나트륨 및 칼슘 중에서 선택된 어느 하나의 용질을 상기 냉각된 반응기에 투입하고, 반응기를 감압하는 단계;
(c) 상기 용질을 투입한 감압 상태의 반응기에 메틸 아민 용매를 반응기에 투입하여 반응시키는 단계; 및
(d) 상기 반응기의 온도를 조절함과 동시에 반응기에서 발생하는 가스를 방출시켜서 압력을 조절하는 단계;를 포함하고,
상기 P-type 열전물질은 나트륨메틸아민 또는 칼슘메틸아민이며, 상기 (b) 단계는 상기 용질을 1-3 MPM의 농도로 반응기에 투입하는 것을 특징으로 하는 액체 상태 P-type 열전물질 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 생성된 P-type 열전물질은 용매화 전자(solvated electron)에 의해서 짙은 파란색(H V/C : 2.5PB 1-3/5-7)을 나타내고, 이에 의해서 열전물질의 생성을 확인하고 반응을 종료하는 것을 특징으로 하는 P-type 열전물질 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 따라 제조된 P-type 열전물질을 포함하는 P-type 셀; N-type 열전물질을 포함하는 N-type 셀; 상기 P-type 셀의 일측에 설치된 양극; 상기 N-type 셀의 일측에 설치된 음극; 및 상기 셀을 가열하는 가열부;를 포함하고,
상기 N-type 열전물질은 액체 상태의 나트륨 암모니아 또는 액체 상태의 칼슘 암모니아이며,
상기 P-type 셀의 다른 일측과 상기 N-type 셀의 다른 일측이 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 열전소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 P-type 셀 및 N-type 셀의 소재는 알루미늄, 철, 백금, 은, 금 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나이고, 형태는 원통형, 판형, 튜브형, 원형 및 필름형 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전소자. - 제 10 항에 따른 열전소자를 이용하여 열을 전기에너지로 변환하는 열전변환방법.
- 제 10 항에 따른 열전소자의 P-type 셀 및 N-type 셀의 양측에 또는 양극 및 음극에 2차 전지를 연결하여 2차 전지를 충전하는 2차 전지 충전방법.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| KR1020110048435A KR101105661B1 (ko) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | 열전특성을 가지는 액체 화합물을 이용한 Ｐ-Ｔｙｐｅ, Ｎ-Ｔｙｐｅ의 열전물질 제조방법 및 이를 포함하는 열전 소자 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110048435A KR101105661B1 (ko) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | 열전특성을 가지는 액체 화합물을 이용한 Ｐ-Ｔｙｐｅ, Ｎ-Ｔｙｐｅ의 열전물질 제조방법 및 이를 포함하는 열전 소자 |
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Family Applications (1)
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| KR1020110048435A KR101105661B1 (ko) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | 열전특성을 가지는 액체 화합물을 이용한 Ｐ-Ｔｙｐｅ, Ｎ-Ｔｙｐｅ의 열전물질 제조방법 및 이를 포함하는 열전 소자 |
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| 대한전자공학회 2010* |
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