전기자동차, 배터리 성능 저해하는 '원인' 찾았다

전기자동차용 리튬이온배터리는 급속한 배터리 사용 시 전극 소재가 변형되고 전기화학 성능이 저하되는 문제점이 발생합니다. 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 장원영 박사와 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 공동연구팀이 이를 규명할 수 있는 플랫폼을 구축했다고 합니다. 연구진은 성능 저하로 이어지는 전극 내부구조에서 일어나는 미세한 초기변화를 다양한 범위에서 한눈에 확인할 수 있는 전지 소재의 성능 저하 분석 플랫폼을 확립했습니다. 뿐만 아니라 연구팀은 전지 소재의 성능 저하 메커니즘을 규명했다고 합니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 

전도성 금속잉크, '그래핀'이 답이다

올해 일본 정부가 한국을 대상으로 반도체 관련 3개 핵심소재에 대한 수출규제를 발표했습니다. 그 이후 국내에서 소재산업 국산화에 대한 목소리가 높아지고 있는데요. '전도성 금속잉크'는 우리나라 소재 및 부품 산업 전 방위에 활용되는 필수 소재입니다. 하지만 전도성 금속잉크는 대일 수입의존도가 높았죠. 그런데 국내 연구진이 전도성 금속잉크의 대체 기술을 드디어 개발했습니다. 한국전기연구원(KERI)은 나노융합연구센터 이건웅·정희진 박사팀이 금속ㆍ그래핀 입자 및 복합잉크 제조기술을 개발한 건데요. 게다가 최근 국내 업체에 기술이전을 한 상태로 상용화를 목전에 두고 있어 더 많은 관심을 받고 있습니다.

바이오연료, 식량 이용해 만들 필요 없어졌다

바이오연료는 온실가스 및 미세먼지를 저감시킬 수 있는 청정연료입니다. 전 세계적으로 휘발유나 경유에 혼합돼 사용됩니다. 현재 바이오연료는 전분, 당, 식물성 기름 등과 같은 작물을 원료로 생산하고 있는데요. 하지만 식량을 활용해 연료를 만들어 낸다는 윤리적 논란이 여전히 계속되고 있죠.이를 대체하기 위해 2세대 바이오연료 생산 기술이 개발되고 있습니다. 바로 연간 생산량이 약 1000억 톤에 달할 만큼 지구상에 풍부하게 존재하는 목질계 바이오매스를 원료로 활용하는 방법인데요. 하지만 목질계 바이오매스는 전환공정에서 바이오연료를 생산하는 미생물의 활동을 억제하는 물질이 발생합니다. 때문에 생산 효율이 낮아지는 한계로 인해 상용화되지 못하는 실정이었죠. 그런데 한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 고자경, 이선미 박사팀은 2세대 바이오매스 상용화의 가능성을 크게 높일 방법을 찾아냈습니다. 연구팀은 목질계 바이오매스를 이용해 고농도의 바이오연료를 생산할 수 있는 미생물을 개발했습니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 

첨단 현미경, 완벽한 국산화 가능해지나

한국표준과학연구원(KRISS)이 첨단 현미경의 기술자립을 가속화 할 핵심 기반기술인 '에너지 분석기를 국산화하는 데 성공했습니다. KRISS 첨단측정장비연구소 박인용 책임연구원팀은 하전입자 빔의 에너지 분포를 측정할 수 있는 원천기술을 개발했습니다. 하전입자는 전하를 띄는 입자로 전자 및 이온 현미경의 광원입니다. 전자·양성자·이온 등이 이에 해당되며 전자현미경은 전자빔을 이온현미경은 이온빔을 광원으로 사용하죠. KRISS가 개발한 에너지 분석기는 기존 기술보다 매우 작고 간단한 구조임에도 월등한 측정 정확도를 자랑합니다. 이번 기술을 통해, 외국 장비회사가 주도하고 있는 고부가가치의 현미경 산업을 뼈대부터 국산화할 수 있는 기반이 확립될 전망입니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 국내ㆍ외 특허 출원도 마쳤다고 합니다. 

퀀텀닷 태양전지, 양자역학으로 한계 극복

한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막았습니다. 연구진은 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔는데요. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 

3D 프린터로 '실제근육' 닮은 '인공근육' 제작

바이오프린팅은 인체 조직을 3D프린터로 정교하게 출력해 손상되거나 결손된 부위의 재건을 돕는 분야입니다. 국내 연구진이 바이오프린팅 분야에서 또 다른 도약 이뤄내 주목받고있습니다. 성균관대학교 김근형 교수, 전남대학교 의과대학 장철호 교수 공동 연구팀이 금 나노와이어가 포함된 콜라겐/세포 바이오잉크를 기반으로 근섬유다발을 만들었습니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 

차세대 '연료전지'의 비싼 촉매, 저렴해진다

한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해 알칼리 연료전지용 촉매를 개발했습니다. 알칼라인 연료전지는 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는데요. 알칼라인 연료전지의 촉매로 이용되는 백금은 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 그런데 이번 연구를 통해 드디어 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매가 개발됐다고 합니다. 이 촉매는 대량생산이 가능해 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보입니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 

분자촉매, 케이지 안에 넣어 안정성 잡는다

숙명여자대학교 최경민‧김우열 교수 연구팀은 분자촉매의 효율을 떨어뜨리지 않으면서도 안정성을 높일 수 있는 실마리를 찾아냈다고 합니다. 바로 분자촉매를 새장(birdcage)처럼 케이지 형태로 감싸는 방법이라고 하는데요. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다.  분자촉매는 태양광을 이용해 원하는 화학반응을 촉진하거나 오염물을 분해할 수 있는 물질을 말합니다. 널리 쓰이는 금속촉매와 달리 분자촉매는 작은 분자 하나하나가 반응에 관여합니다. 덕분에 활성이 높아 미래의 촉매로 주목받고 있습니다. 하지만 분자촉매는 불안정한 구조 때문에 반응과정에서 서로 결합하며 다른 화합물로 변하기 쉽습니다. 때문에 안정성이 낮아 활용이 어렵습니다. 연구팀은 각 분자촉매를 속이 비어 있는 사면체 케이지 형태 입자에 넣는 방식으로 안정성과 활성을 모두 잡았다고 하는데요. 실제로 광촉매 분자의 활성과 안정성을 모두 향상시켰습니다.

태양전지, 태양에 '구속' 될 필요 없어진다

한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손해정 박사팀은 약한 빛에도 효과적으로 전기를 만들 수 있는 신소재를 개발했습니다. 연구팀은 태양전지에서 빛을 흡수하는 역할을 하는 광흡수층 소재를 사용해 고효율의 유기태양전지를 개발했다고 밝혔습니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다. 

유전자 바이오 마커, 새로운 방식으로 대폭 개선

성균관대학교 화학공학ㆍ고분자공학부 엄숭호 교수 연구팀이 등온 조건에서 암 핵산 바이오 마커의 검출 효율을 혁신적으로 개선할 접근방식 및 시스템을 개발했습니다. 바이오 마커의 검출 과정을 화학반응의 역학적 관점에서 고찰한 이번 연구는 핵산 바이오 마커의 검출 한계를 근본적으로 대폭 개선했습니다. 뿐만 아니라 탐침과 타겟의 상호 반응을 수반하는 모든 시스템에서의 적용 가능성도 제시했습니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다.

방사성 폐기물, 오랫동안 안전하게 처리한다

KAIST 원자력 및 양자공학과 류호진 교수 연구팀이 무려 반감기가 1천 500만 년인 방사성 요오드를 안정적으로 저장하고 처분할 수 있는 신소재 기술을 개발했습니다. 연구팀의 기술은 세라믹 소재의 저온소결 신기술을 이용한 건데요. 이 기술은 방사성 요오드 129(I-129)처럼 반감기가 매우 긴 휘발성 방사성 동위원소를 안전하게 고정할 수 있습니다. 덕분에 방사성 폐기물의 장기 처분 안전성을 높일 수 있을 것으로 기대됩니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다.

하이브리드 태양전지, '유기 고분자'로 약점 극복

KAIST EEWS 대학원 이정용 교수 연구팀과 캐나다 토론토 대학교 전기 및 컴퓨터 공학부 테드 사전트(Ted Sargent) 교수 공동 연구팀이 유기 단분자 물질 도입해 고효율, 고안정성의 유ㆍ무기 하이브리드 태양전지 제작 기술을 개발했습니다. 연구팀이 개발한 유기 고분자-양자점 하이브리드 태양전지는 단순 성능 개선을 넘어 기존 구조에서 성능이 제한된 문제점을 해결할 수 있는 구체적인 방안까지 제시했습니다. 또한 차세대 에너지원으로써 하이브리드 태양전지에 적용할 수 있을 것으로 기대됩니다. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다.

버려진 소재, 옷과 전지로 부활하다

한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터 선임연구원 손동익 박사와 전북대학교 김학용 교수 공동 연구팀은 손상돼 쓰지 못하게 된 소재를 재활용해 탄소 방적직물을 제작했다고 합니다. 심지어 개발된 탄소 방적직물을 리튬이온 이차전지 소재로 적용했다고 하는데요. 해당 연구 논문은 에 게재됐습니다.