• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제23권3호
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• pp.55-59
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• 2021

A thermoelectric cooler (TEC) is promising as an alternative refrigeration technology for the sake of its inherent advantages; no-moving parts and refrigerant-free in its operation. Due to the compactness, reliability and excellence in temperature stability, TECs have been widely used for small cooling devices. In recent years, thermoelectric devices have been attractive technologies that not only serve the needs of cooling and heating applications but also meet the demand for energy by recycling waste heat. In this research paper, multistage TEC is proposed as a concept of demonstrating the idea of transient cooling technology. The key idea of transient cooling is to harnesses the thermal mass installed at the interfacial level of the stages. By storing heat temporally at the thermal mass, the multistage TEC can readily reach lower temperatures than that by a steady-state operation. The multistage TEC consists of four different sizes of thermoelectric modules and they are operated with an optimized current. Once the cold-part of the uppermost stage is reached at the no-load temperature, the current is successively supplied to the lower stages with a certain time interval; 25, 50 and 75 seconds. The results show the temperatures that can be ultimately reached at the cold-side of the lowermost stage are 197, 182 and 237 K, respectively. It can be concluded that the timing or total amount of the current fed to each thermoelectric module is the key parameter to determine the no-load temperature.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.219-226
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• 2019

This paper describes the development of a 500W DC/DC converter for use with a thermoelectric module(TEM). A thermoelectric device is a structure in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are electrically connected in series and thermally connected in parallel. There is a feature that an electromotive force is generated by making a temperature difference between both surfaces of a thermoelectric element. This feature can be used as a renewable power source without the need for fossil energy. The proposed converter boosts the low generation voltage of the thermoelectric element to secure the voltage for the grid connection. This converter is a combination of a resonant converter for boosting and a boost-converter for output voltage control. This structure has an advantage that a voltage can be stepped up at a high efficiency and precise output voltage control is possible. We carry out simulations and experiments to verify the validity.

• 에너지공학
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• 제25권1호
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• pp.29-42
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• 2016

본 연구는 최근 정부의 에너지신산업 정책 중 하나인 발전소 온배수열 활용사업의 경제성을 분석하고, 동 사업의 활성화를 위한 정부의 경제적 유인 제도를 재구성하였다. LCOE 산출방법을 이용하여 발전소 온배수열 시스템의 경제성을 분석한 결과 현 수준에서는 기름보일러, 바이오매스, 발전소 보조증기보다 LCOE값이 높지만 지열 시스템과는 유사한 것으로 나타났다. 또한 온배수열 시스템의 LCOE 구성요인의 민감도를 측정한 결과, 열공급 거리에 가장 민감하게 반응하는 것으로 나타났다. 따라서 온배수열 활용사업을 확대시키기 위한 정부의 경제적 유인제도 구성 시 REC 가중치를 열공급 거리별로 차등 적용하는 것이 필요한 것으로 분석되었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.284-293
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• 2013

본 논문에서는 열전에너지 하베스팅을 위한 저전압 DC-DC 부스트 변환기를 설계하였다. 설계된 변환기는 열전소자의 작은 출력전압으로부터 시동회로를 통해 일정 전압까지 승압된 VDD를 얻으며, 이는 내부 컨트롤 블록을 동작시키는데 사용된다. VDD가 원하는 전압 값에 도달하면 전압감지기가 이를 감지하고 시동회로에 공급되는 전류를 차단하여 전류소모를 최소화한다. 이후 비교기의 출력에 따라 VDD를 위한 DC-DC 변환기와 최종출력 VOUT을 위한 DC-DC 변환기를 번갈아가며 동작시켜서 최종적으로 승압된 VOUT을 얻는다. 모의실험 결과, 설계한 변환기는 200mV의 입력으로부터 2.65V의 VOUT을 출력하며, 최대 전력효율은 63%이다. $0.35{\mu}m$ CMOS 공정을 사용하여 설계한 칩의 크기는 PAD를 포함하여 $1.3mm{\times}0.7mm$이다.

• 한국세라믹학회지
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• 제47권1호
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• pp.47-53
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• 2010

Ceramics with perovskite-type structure are interesting functional materials for several energy conversion processes due to their flexible structure and a variety of properties. Prominent examples are electrode materials in fuel cells and batteries, thermoelectric converters, piezoelectrics, and photocatalysts. The very attractive physical-chemical properties of perovskite-type phases can be modified in a controlled way by changing the composition and crystallographic structure in tailor-made soft chemistry synthesis processes. Improved thermoelectric materials such as cobaltates with p-type conductivity and n-type manganates are developed by following theoretical predictions and tested to be applied in oxidic thermoelectric converters.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권1호
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• pp.1-6
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• 2008

칼슘 코발트 층상 산화물계에서 $Ca_3Co_2O_6$와 $Ca_3Co_4O_9$를 기본으로 하여 열전 특성 향상을 위해 Ca 위치를 Bi, Sr, La, K로 부분 치환하고, Co위치를 Mn, Fe, Ni, Cu, Zn로 치환한 다결정 산화물을 제조하여 $300{\sim}1000K$ 까지의 열전 특성을 분석하였다. Bi가 치환된 $Ca_3Co_4O_9$계의 $Ca_{2.7}Bi_{0.3}Co_4O_9$는 전기전도도 $85.4({\Omega}cm)^{-1}, Seebeck계수 $176.2{\mu}V/K$그리고 파워팩터 $265.2{\mu}W/K^m$로 가장 높은 열전 물성치가 관찰되었다. 열전 모듈 제조를 위해서 각각의 열전반도체의 성능지수Z($10^{-4}/K$)가 0.87, 0.41의 값인 p형 열전 소재로 $Ca_{2.7}Bi_{0.3}Co_4O_9$를, n형 열전 소재로($Zn_{0.98}Al_{0.02}$)O를 선택하여 열전쌍을 제조하였다. 제조된 2쌍의 기본 열전쌍은 120K의 온도차에서 약 30mV정도의 기전력이 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권3호
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• pp.358-363
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• 2013

순수한 리튬-암모니아(Li-$NH_3$) 솔루션의 생성은 진공 상태에서 가능하지만, 고효율 열전전력을 얻기 위한 안정적이고 신뢰성 있는 분해에 대한 문제가 아직 남아있다. 본 논문은 Li-$NH_3$ 솔루션의 열전변환 효율을 향상시키기 위한 새로운 방법을 다루었다. 제안된 방법은 Li-$NH_3$ 솔루션의 합성과 분해를 위해 'U' 형태의 파이렉스 진공 튜브를 사용하였다. 튜브 상부에는 기존 'U' 형태의 파이렉스 진공 튜브의 두 다리를 연결하는 기체의 이동통로가 있는데, 이는 고온부(Hot side)에서 분해가 진행될 때 $NH_3$ 기화에 따른 양단의 내부압력 불균형을 방지하는 역할을 한다. 열전 실험결과, 'U' 형태 튜브 속에서 솔루션 반응은 기존 'U' 형태에 비해 매우 안정적이고 효율적으로 이루어졌으며, 결과적으로 열전변환 효율이 향상됨을 보였다. 또한, 제안 방식은 장시간에 걸친 고효율 열전 발전을 위해 튜브 속에서 합성과 분해가 순환되는 가역반응을 제공함이 입증되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권4호
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• pp.91-96
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• 2021

본 연구에서는 체가름과 고에너지 볼 밀링 공정이 n-type Bi₂Te₃ 열전 재료의 전기적 및 열적 수송 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 입자 크기가 감소한 분말의 특성을 유지하기 위하여 짧은 시간 안에 소결이 가능한 방전 플라즈마 소결 공정 (spark plasma sintering, SPS)을 진행하였다. 그 결과, 밀링 처리를 진행한 소결체의 열전 성능지수가 향상되었으며, 30분동안 고에너지 볼 밀링 공정을 거친 샘플이 425 K에서 0.78의 최대 열전 성능지수를 가지는 것을 확인하였다. 이는 손쉬운 공정을 이용하여 결정립 크기 감소를 통한 phonon의 격자 산란을 효과적으로 유도한 결과이다. 동시에 n-type Bi₂Te₃에서 anti-site defect와 같은 결함을 제어함으로써 캐리어 농도를 증가시킬 수 있음을 본 연구를 통하여 확인하였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제55권1호
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• pp.90-93
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• 2018

In this study, n-type $Bi_2Te_3$ in thermoelectric scrap is recovered through a wet reduction process. The recovered powder (tellurium) is grafted onto gas sensor in a new application that is not a thermoelectric device. Bismuth-rich powder is prepared by adding hydrazine when pH of the solution is brought to 13 using NaOH. The pH of the filtered solution was reduced using $HNO_3$, and then hydrazine was added to perform the re-reduction reaction. The tellurium-rich powder can be obtained through this reaction. The elemental analysis for these powders is confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis ; the successful separation of bismuth and tellurium is confirmed. Separated tellurium powder is mixed with DMF solvent and ethyl cellulose binder to confirm gas sensing properties. The tellurium paste was exposed in $NO_x$ atmosphere and exhibited a rapid reaction rate and recovery rate of less than 3 minutes for the gas.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제33권6호
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• pp.495-499
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• 2020

Power factor improvement at high temperatures has been a major research topic for the development of skutterudite thermoelectric materials. Here, we attempted to optimize the process parameters for manufacturing skutterudite materials, especially for p-type systems. We focused on the effect of aging time variation to maximize the high-temperature performance of the Ce-filled Fe³CoSb¹² skutterudite system. The optimized aging time was concluded to be a key parameter for the formation of single-phase nanostructures in this p-type skutterudite system. The optimized condition was effective in reducing the bipolar effect at high temperature ranges by increasing the carrier concentration in the p-type system. To confirm the conclusions, the electrical conductivity, Seebeck coefficient, and power factor were measured. The results matched well with the microstructure and with those of an XRD analysis performed for the system.