4월: 차세대 제로 탄소배출 기술

이미지는 MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착) 기계 내 반응기의 핵심을 보여줍니다. 여기에 가열된 기판을 놓고 산화갈륨이 성장하는 기반을 형성합니다. Cohen Rautenkranz, Agnitron 기술

이미지는 MOCVD 기계의 외부를 보여줍니다. 프로세스는 컴퓨터로 모니터링됩니다. 온도와 가스 흐름이 제어됩니다. 마틴 쿠볼 교수

보도자료 발행일: 2022년 4월 27일

전례 없는 수준의 효율성으로 새로운 과급 재료를 배치하는 선구적인 프로세스 덕분에 현재 영국 전역의 가정과 기업에 에너지를 전달하는 선적 컨테이너 크기의 전력 변압기가 여행 가방 크기로 줄어들 수 있습니다.

업계를 변화시키는 기술은 탄소 배출을 줄이려는 노력이 강화되고 연료 비용이 치솟으면서 에너지 소비를 줄여야 할 필요성이 그 어느 때보다 커졌던 시기에 브리스톨 대학에서 개발되고 있습니다.

선도적인 과학자들로 구성된 팀이 영국 최초의 기계를 설치하여 국내 및 국내 모두에서 전체 에너지 사용량을 약 20% 줄일 수 있는 잠재력을 지닌 미래의 혁신적인 전력 장치의 중요한 구성 요소를 형성하는 경이로운 반도체인 산화갈륨 층을 제조했습니다. 산업 환경.

대부분의 전력 변환기 및 전기 공급 장치는 AC 전압을 다른 AC 전압으로 변환하거나 AC 전압을 DC 전압으로 또는 그 반대로 변환하여 작동합니다. 이는 전력선뿐만 아니라 전기 장치를 연결할 때와 같은 더 넓은 에너지 분배 네트워크의 경우입니다. 기존 변압기는 무겁고 금속 기반이며 공정에서 발생하는 과도한 열로 인해 비효율적일 수 있는 반면, 최신 에너지 변환 회로는 대부분 보다 일반적인 실리콘(Si) 반도체 부품으로 만들어집니다.

최근 몇 년 동안 실리콘 기반 전력 전자 장치를 소위 와이드 밴드갭 반도체로 만들어진 새로운 장치로 대체하는 데 상당한 발전이 이루어졌습니다. 예를 들어 전기 자동차와 노트북 충전기는 저손실 반도체인 질화갈륨(GaN)이나 탄화규소(SiC)로 만든 부품을 사용하는 등 훨씬 더 작고 효율적입니다.

그러나 에너지 손실을 최소화하면서 비용 효율적으로 고전압을 성공적으로 변환하는 데에는 과제가 남아 있습니다. 여기에는 집에 있는 소켓의 일반적인 주 전기 전압까지 이웃에 위치한 오래되고 부피가 큰 금속 기반 변압기를 교체하는 것이 포함됩니다. 예를 들어, 태양광 발전소에서 국가 전력망으로 에너지를 공급하는 실리콘 구성 요소를 사용하는 최신 반도체 기반 변환기에도 여전히 상당한 비효율성이 있습니다.

차세대 반도체 산화 갈륨을 성장시킬 수 있는 대학의 새로운 MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착) 장비는 이 문제에 대한 강력한 솔루션을 제시합니다.

물리학 교수이자 신흥 기술 분야 왕립 공학 아카데미 의장인 프로젝트 책임자 Martin Kuball은 다음과 같이 말했습니다. “이것은 매우 흥미롭고 시급히 필요한 기회입니다. 긴급한 기후 위기 속에서 보다 효율적인 전력 전자 장치와 첨단 재생 가능 기술을 도입하려는 노력으로 인해 이는 보다 지속 가능하고 저렴한 미래 에너지 공급을 위한 게임 체인저를 제시합니다.

“현재 전 세계 1차 에너지 소비의 거의 4분의 3(72%)이 낭비되고 있습니다. 대부분의 저탄소 기술은 여전히 ​​실리콘 기반 전자 장치에 의존하고 있지만, 우리는 이것이 질화갈륨과 탄화규소로 만든 반도체로 서서히 대체되는 것을 보기 시작했습니다. 탄소 배출량을 줄이기 위한 조치가 가속화됨에 따라 산화갈륨 기반 장치 개발에 더욱 집중해야 하며 우리는 이를 규모와 속도로 진행하기 위해 최선을 다하고 있습니다.”

20명으로 구성된 연구진은 일본, 미국, 독일을 포함한 전 세계의 다른 그룹은 물론 Dynex Semiconductors와 같은 업계 파트너와 협력하고 있습니다. Royal Academy of Engineering의 일부 자금 지원을 받은 미국 Agnitron Technology의 산화갈륨 MOCVD 시스템은 유럽 최초의 시스템입니다.