씨벡 효과와 씨벡 계수
씨벡 효과(Seebeck effect)는 두 가지 다른 전기 전도체 또는 반도체 사이의 온도 차이가 두 물질 사이에 전압 차이를 발생시키는 현상입니다. 씨벡 발전기(Thermoelectric generator, TEG) 또는 씨벡 발전기라고도 하는 고체 상태 장치는 온도 차이(열 플럭스)를 직접 전기 에너지로 변환합니다.
씨벡 효과의 원리
씨벡 효과는 토마스 씨벡(Thomas Seebeck)에 의해 1821년에 처음 보고된 열전 효과의 결과입니다. 두 가지 다른 전도체가 전기적으로 직렬로 연결되고 열적으로 병렬로 연결될 때 온도 구배가 존재하면 전압이 발생합니다. 발생하는 전압은 씨벡 계수 S(S = V/ΔT)와 열전쌍의 두 접합부 사이의 온도 차이에 따라 달라집니다.
열전 효과의 메커니즘
예를 들어, 구리와 아연과 같은 두 가지 다른 금속이 함께 접합되면 전자가 이동할 수 있습니다. 전자는 구리 원자를 떠나 아연 원자로 들어갑니다. 아연은 전자의 과잉으로 인해 음전하를 띠게 되고 구리는 전자를 잃고 양전하를 띠게 됩니다. 이로 인해 두 금속의 접합부에 전압 차이가 발생합니다.
열전 물질
열전 물질은 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정인 열전 변환에 사용됩니다. 열전 물질은 높은 전기 전도성(σ)과 낮은 열 전도성(κ)을 가져야 합니다. 낮은 열 전도성은 한쪽이 뜨거워질 때 다른 쪽이 차가워져 큰 전압을 생성하는 데 도움이 됩니다.
씨벡 발전기
씨벡 발전기(TEG)는 온도 차이를 직접 전기 에너지로 변환하는 고체 상태 장치입니다. 이러한 장치는 원격 지역, 행성간 탐사를 위한 우주선, 폐열을 회수할 수 있는 곳에서 전력 생성에 사용됩니다. 간단한 나무 불로나 열린 불로는 휴대전화 충전소나 작은 마을에서 LED 조명을 제공할 수 있는 잠재력이 있습니다.
최근에는 화로 팬, 체온으로 구동되는 조명, 체온으로 구동되는 스마트워치와 같은 응용 분야에서도 사용되고 있습니다. 전통적인 열전 장치는 신뢰성이 높고 내구성이 좋으며 시간이 지나도 성능 저하가 거의 없지만, 매우 낮은 시스템 효율성과 높은 비용으로 인해 널리 사용되지는 않았습니다.
