향후, 수소차, 수소충전소 등을 위한 저온형 세라믹 연료전지 상용화 가속 KAIST 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 마이크로파를 이용한 초고속 소결 공정을 통해 고성능 프로토닉 세라믹 연료전지(PCFC) 개발에 성공했다고 3일 밝혔다. 기존의 산소 이온 전도성 고체 산화물 연료전지(SOFC)와 달리, 프로토닉 세라믹 연료전지는 양성자 전도성 세라믹 전해질의 높은 이온 전도도와 낮은 활성화 에너지 특성으로 인해 600oC 이하 저온에서 고효율로 전력 변환 및 수소 생산이 가역적으로 가능한 에너지 변환 시스템으로 이는 수소전기차, 수소 충전소, 건물 및 선박용 발전시스템 등에 활용이 가능한 탄소중립 사회를 위한 차세대 핵심 기술로 떠오르고 있다. 이러한 프로토닉 세라믹 연료전지는 난소결성 바륨 기반 산화물 전해질을 사용하는데, 이를 치밀화하기 위해서 1500℃ 이상 고온에서 장시간 소결 공정이 필수적이다. 하지만, 이러한 극한 공정 중에 산화물 내부에서 발생하는 양이온 확산으로 화학적 조성이 불안정해지는 치명적인 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있지만, 대부분 실험실에서 국소적으로 가능한 방법들이 보고되고 있으며, 실용적으로 상용화가
KAIST 연구팀이 국제공동연구를 통해 다수의 모바일 기기 위에서 인공지능 모델을 학습할 수 있는 연합학습 기술의 학습 속도를 4.5배 가속할 수 있는 방법론을 개발했다고 밝혔다. KAIST 전기및전자공학부 이성주 교수 연구팀은 지난 6/27~7/1에 열린 세계컴퓨터연합회 주최로 진행된 제20회 모바일 시스템, 어플리케이션, 및 서비스 국제학술대회에서 연합학습(Federated Learning)의 학습 속도 향상을 위한 데이터 샘플 최적 선택 및 데드라인 조절 방법론을 발표했다. 해당 학회는 2003년에 시작돼 모바일 시스템, 소프트웨어, 어플리케이션, 서비스를 위한 최신 연구를 소개하는 데 초점을 맞추고 있으며, 모바일 컴퓨팅 및 시스템 분야의 최우수 학회 중 하나로 오랫동안 주목받고 있다. 이번 논문은 KAIST 전산학부 신재민 박사과정이 제1 저자로 참여했으며, 중국 칭화대학과의 국제협력으로 이루어진 성과다. 최근 구글에 의해 제안된 연합학습은 새로운 기계학습 기술로, 개인정보의 유출 없이 방대한 사용자 기기 위 데이터를 활용할 수 있게 해 의료 인공지능 기술 등 새로운 인공지능 서비스를 개발할 수 있게 해 각광받고 있다. 연합학습은 구글을 비롯해 애플
3D 적층 기술 기반 반도체 칩 공정 간소화, 세계적 반도체 공급난 해소 기대 IBM과 도쿄일렉트론(TEL)이 300mm 실리콘 웨이퍼에 3D 적층 기술을 적용할 수 있는 공정을 개발했다. 양사는 세계적으로 지속되고 있는 반도체 칩 공급난을 해소하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 개발된 칩 적층 방식은 현재 고대역폭 메모리 생산과 같은 하이엔드 오퍼레이션에만 적용되고 있지만 특정 부피에 포함될 수 있는 트랜지스터의 수를 늘리는데 도움이 되기 때문에 잠재성이 큰 기술이다. 칩 적층 방식을 위해서는 실리콘 레이어 간의 수직적 연결이 필요하다. 실리콘 웨이퍼의 후면을 얇게 만들 수 있어야 하는데, 이러한 칩 스택(stack)을 구성하는 레이어들은 보통 머리카락 굵기 정도인 100 마이크론으로 그만큼 깨지기 쉽다. 그렇기 때문에 실리콘 웨이퍼를 보통 유리로 만들어진 캐리어 웨이퍼에 일시적으로 부착해 생산 공정을 통과할 수 있게 하고 웨이퍼가 완성되면 이후 자외선 레이저를 이용해 두 웨이퍼를 분리한다. 문제는 분리하는 과정에서 물리적인 힘이 가해지기 때문에 결함이나 수율 손실이 발생하기도 한다는 것이다. 이에 IBM은 TEL과의 협업을 통해 유리로 만
생기원-KAIST-서울대, 연료전지 내구성 높인 '복합 전해질막' 개발 한국생산기술연구원(이하 생기원)이 KAIST, 서울대학교와 공동으로 격자 구조의 나노섬유를 활용해 내구성이 뛰어난 수소연료전지용 전해질막을 개발했다. 수소연료전지는 두 개의 전극과 양 전극 사이에서 수소 이온을 전도시키는 전해질막으로 구성되는데, 양쪽 전극으로 들어오는 연료 기체(수소 및 산소)를 분리하고 수소 이온만 통과시켜 분리막 역할을 하는 전해질막이 연료전지 시스템의 출력과 내구성을 좌우한다. 수소연료전지차(이하 수소차)는 빠른 충전으로 긴 거리를 주행할 수 있는 장점이 있는 반면 수소 충전소 부족 등 인프라 미비, 핵심부품의 높은 단가 및 낮은 내구성이 시장 확대의 걸림돌이 되고 있다. 특히 연료전지 구동 중 발생하는 전해질막의 부피 팽창과 이로 인한 수소연료 기체의 크로스오버(Crossover)가 성능과 내구성을 떨어뜨리는 주요인으로 꼽힌다. 수축·팽창이 반복돼 전해질막이 손상되면 수소연료 기체의 크로스오버가 일어나 출력이 낮아지고, 부반응이 발생해 전해질막의 분해를 더욱 가속화시킨다. 전해질막의 손상은 수소이온 전도도를 저하시키며, 이는 전기화학 반응에 악영향을 미쳐 연료전지
포스텍 이병훈 교수팀, 반양극성 스위치 신소자 이용해 삼진 회로 구현 매일 꼭 한 번은 충전해야 하는 휴대전화. 이는 휴대전화의 기능이 고도로 발달하면서 소모되는 전력량 역시 늘어난 탓이다. 휴대전화 뿐만 아니라 클라우드 데이터센터, 슈퍼컴퓨터 등 막대한 데이터를 처리하기 위해선 이에 상응하는 전력이 필요하다. 최근 국내 연구팀은 이처럼 기하급수적으로 늘어나는 반도체 칩의 전력 소모를 줄일 가능성을 열었다. 포항공과대학(포스텍)은 전자전기공학과 이병훈·강석형 교수· 박사과정 이용수 씨 연구팀이 적은 전력으로도 우수한 성능을 보이는 삼진 로직 회로(Ternary logic circuit)에 필요한 원천소자기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 연구성과는 국제 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 최근 게재됐다. 삼진 로직 회로는 0과 1로 동작하는 기존의 이진 회로와 달리, 0, 1, 2로 동작하는 회로다. 처리할 수 있는 정보의 양이 늘어날 뿐만 아니라, 이진 회로보다 필요한 소자 수가 적어 전력 소모 또한 줄어들 것으로 여겨졌다. 다만, 회로의 구조적인 문제로 정보처리 과정에서 누설전류가 생겨 실제로는 여전히 전력 소모가 컸다. 연구팀은 특정 전압
가치유 특성으로 극한 환경에서 활용 가능한 초전도 신소재 국내 연구진이 고성능의 초전도 특성을 가진 고엔트로피 합금 초전도체 박막을 개발했다. 한국연구재단은 성균관대학교 박두선 교수, 정순길 연구교수 연구팀과 이종수 교수(경희대학교), 석재권 박사(한국원자력연구원 양성자과학연구단)의 공동연구로 항공 우주 및 핵융합로 등의 극한 환경에서 활용 가능한 자가치유 고성능 고엔트로피 합금의 초전도체 박막을 제작하는데 성공했다고 밝혔다. 엔트로피란 물질계의 무질서 정도를 나타내며, 극한 환경에서 활용이 가능하여 최근 고기능성 신소재로 각광받고 있는 고엔트로피 합금으로부터 초전도성이 발견되어 주목받고 있다. 하지만 고엔트로피 합금은 5개 이상의 금속 원소가 혼합되어 단일상을 이루기 때문에 균일한 박막 제작이 어려웠으며, 고엔트로피 합금 초전도체 산업에의 활용 가능성을 확보하기 위해 높은 임계전류값을 가지는 고엔트로피 합금 초전도체 개발과 극한 환경에서 초전도성의 안정성 유무 검증 등이 한계로 남아 있었다. 이에 연구팀은 탄탈럼-나이오븀-하프늄-지르코늄-타이타늄(Ta-Nb-Hf-Zr-Ti)으로 구성된 대표적인 고엔트로피 합금을 이용하여 고품질의 고엔트로피 합금 초전도체 박
고령화 사회, 인력 부족이 여러 곳에서 지적되고 있다. 전문적인 분석은 아니지만, 일본의 인구 동태 통계를 보면 고령자 비율은 증가하고 노동 생산 인구는 줄어들고 있음을 알 수 있다. 이러한 상황에서 생산성을 높이는 수단으로 로보틱스에 대한 기대가 높아지고 있다. 필자 등도 다양한 영역에서 로보틱스 사업을 추진하고 있다. 예를 들어 병원 내에서 약제 등을 배송하는 로봇 ‘HOSPI’, 사람의 이동을 지원하는 로보틱 모빌리티 ‘PiiMo’ 등 이동형 로봇을 사회에 구현해 왔다. 또한, 이동 로봇의 활약을 늘리기 위한 기초연구로서 이동 로봇에 탑재된 로봇암을 통해 밀집지에 존재하는 사람과 접촉하면서 이동하는 인파 속을 주행하기 위한 연구를 해왔다. 그러나 코로나19의 영향으로 자동화·효율화라는 시점뿐만 아니라 ‘비접촉’이라는 면에서도 로봇이 수행해야 할 역할이 증가하고 있다. 결과적으로 일본에서는 그다지 추진되지 않았던 서비스 로봇 등 인간 공존 로봇의 활용이 급격히 진행되어, 예를 들면 음식점에서 활용하는 배식 로봇은 일반화됐다. 이 글은 코로나19의 영향으로 사람이 활동하는 공간에서 사용되는 로봇의 위치가 어떻게 변화했는지에 대해 사례와 함께 설명하는 것이
이더넷은 산업 프로세스 및 애플리케이션을 포함한 모든 수준의 엔터프라이즈에서 인기가 높아지고 있다. 기업 네트워크에서 흔히 볼 수 있는 스타 토폴로지보다 이더넷 링 토폴로지(Ethernet ring topologies)가 선호되는 다양한 산업용 애플리케이션이 있다. 링 네트워크는 고유한 단일 지점 내 결함성을 제공한다. 내장된 스위치 기술이 포함된 링 노드(Ring nodes)는 인프라 스위치의 필요성을 줄이고 네트워크 케이블을 단순화한다. 장치 레벨 링(DLR) 프로토콜은 링 기반 네트워크의 장애를 감지, 관리 및 복구하는 수단을 제공한다. DLR의 구현은 지원하는 네트워크 인프라에 특정 요구사항을 부과한다. DLR은 DLR 지원 네트워크에서 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 장치의 사용을 본질적으로 배제하지 않는다. 레거시 장치 및 기타 고려 사항이 DLR 네트워크에서 이러한 장치의 사용을 자주 지시할 것으로 예상된다. 그러나 DLR 네트워크에서 이러한 장치를 사용하면 DLR 작동 및 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 이 글은 DLR에 대한 개요를 제공하고 DLR 프로토콜을 지원하지 않는 DLR 장치 및 기타장치로 구성된 DLR 네트워크를 구현하기 위한
안경원 서울대 물리천문학부 교수 연구팀, 네이처 포토닉스에 게재 안경원 서울대학교 물리천문학부 교수 연구팀이 빛으로 동작하는 초방사 양자 엔진을 세계 최초로 구현했다. 과학기술정보통신부는 개인기초연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과가 국제학술지 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’에 22일 게재됐다고 밝혔다. ‘초방사(超放射, superradiance)’는 양자역학적으로 질서정연하게 구성·행동하는 원자들이 집단적으로 빛을 강하게 방출하는 현상이다. 이번 성과로 엔진의 효율을 획기적으로 향상할 수 있는 가능성을 열었다. 초방사 양자 엔진은 강하게 방출된 빛의 압력으로 작동한다. 엔진의 동작을 위해서는 순간적으로 초방사 현상을 켜고 끌 수 있어야 하는데 지금까지는 그러한 제어가 불가능했다. 연구팀은 다수의 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩상태로 만들고 그들의 양자위상을 직접 제어하면 초방사 현상을 빠르게 켜고 끌 수 있다는 점에 착안해 연구를 진행했다. 연구팀은 체스판 모양의 나노 구멍 격자를 통과한 일부 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩상태로 만든 뒤 이러한 원자들이 두 개의 거울로 구성된 공진기 안에서 빛을 내도
DGIST 박막태양전지연구센터·경남대 신소재공학과 공동연구팀, 범용 소재 박막태양전지 기공 형성 원인 규명 및 억제 기술 개발 DGIST(대구과학기술원)는 박막태양전지연구센터(센터장 강진규)와 경남대학교 신소재공학과 김세윤 교수 연구팀이 함께 친환경 범용 소재 박막태양전지인 CZTS 박막태양전지의 문제점인 기공 형성 원인을 규명하고 이를 억제하는 기술을 개발했다고 최근 밝혔다. 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 발생하는 ‘태양전지’는 지속가능한 신재생 에너지로 실생활에서도 쉽게 찾아볼 수 있다. 그중에서도 CZTS 박막은 값이 싸고 독성이 거의 없는 구리, 주석, 아연을 주요 소재로 사용하기 때문에 대량생산이 용이하다. 또한, 휘어지는 성질을 가지고 있어 여러 분야에 적용 가능하다. 지난 2019년, DGIST 박막태양전지연구센터에서 12.6%라는 세계 최고의 발전전환 효율을 기록한 태양전지를 개발하기도 했으나, 아직 하부 전극 부근에서의 다양한 크기의 구멍이 생기는 등(기공 결함) 여러 결함에 대한 해결책이 필요한 실정이었다. 이에 DGIST 박막태양전지연구센터와 경남대학교 김세윤 연구팀은 CZTS 박막태양전지의 문제점인 흡수층 하부에 존재
국내 연구팀, 열 발생 직후에 존재하는 열전달 음향포논의 파동성을 활용한 퀀텀 방열 기법 제시 반도체 패키징이 고출력·고집적화됨에 따라 구조 설계를 통한 방열 기법이 한계에 이르면서 적정 구동온도를 넘어서는 일이 빈번해졌다. 소비전력은 줄어들고 성능은 더 좋아진 반면에 이 과정에서 연산을 담당하는 칩의 발열부하는 오작동 등의 문제를 야기한다. 그간 관련 업계에서 발열부하를 해결하기 위해 방열판을 이용하거나 냉각팬을 결합하는 공랭식 방열은 실생활에서 익숙하다. 최근에는 그래핀 등의 나노 신소재, 열전(열을 전기로 바꾸는) 현상, 복사 냉각 등을 포함한 방열 개념이 등장하며, 방열문제를 해결하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다. 열의 전달은 전도, 대류, 복사 등의 방법으로 이루어지는데 반도체는 다양한 물질들로 층층이 쌓여 있어 전도를 방열 패키징에서 중요하게 다뤄왔다. 국내 연구진이 수년 동안 열 전달체인 음향포논의 파동성에 대한 연구에 집중하여 최근 새로운 반도체의 열 제거 기법을 발견했다. 지스트(광주과학기술원)는 전기전자컴퓨터공학부 조영달 교수 연구팀이 열 평형 이전의 음향포논 복사 메커니즘을 발견하고, 음향포논 파동을 빛으로 전환하는 새로운 방법을
친환경․지속가능 복사냉각 소재로 건물 실외 온도 9℃ 감소 효과 예측 국내 연구진이 추가 에너지 사용 없이 에어컨처럼 냉각이 가능한 친환경 제로-에너지 냉각 소재를 개발했다. 한국화학연구원(이하 화학연) 김용석·박찬일 박사·박초연 학생연구원, 중앙대학교 유영재 교수, 캘리포니아대학교 어바인(UCI) 이재호 교수 공동 연구팀은 최근 발표된 연구에서 다양한 분야의 냉각에 활용할 수 있는 친환경 수동 복사냉각 소재를 개발했다. 본 기술 개발을 통해 여름철 냉각이 중요한 건물, 자동차, 태양전지 등 다양한 분야에 응용하여 에너지 사용 없이 효율적인 열관리에 기여할 수 있을 것으로 전망된다. 뿐만 아니라, 생분해되는 친환경 소재를 활용하여 폐기물이 발생하지 않아 친환경 냉각 소재로 널리 활용될 것으로 기대된다. 수동 주간 복사냉각은 플랑크 법칙에 따라 물체에서 자발적으로 발생하는 전자기복사를 이용해, 열을 방출시키고 태양 빛은 반사하여 물체의 표면 온도를 낮추는 기술이다. 즉, 수동 복사냉각 기술은 낮에도 복사냉각을 유지하기 위해서 태양 빛을 95% 이상 반사하면서 열방출을 용이하게 하는 소재 기술이 관건이다. 지구의 대기를 구성하는 분자들(O2, CO2, H2O 등
국내 최초 100 kWth급 순환유동층 연소 시스템에서 암모니아 혼소 운전 기술 확보 전력수급의 안정성을 확보하면서 석탄발전을 청정 발전으로 전환시킬 ‘암모니아 혼소’기술이 국내 최초로 개발됐다. 혼소(Co-firing)란 2종 이상의 연료를 혼합해 연소하는 기술을 말한다. 예를들어 석탄-바이오매스 혼소, 석탄-암모니아 혼소, 바이오매스-암모니아 혼소, 석탄-바이오매스-암모니아 혼소 등이 있다. 한국에너지기술연구원은 청정연료연구실 문태영 박사 연구진이 국내 최초로 순환유동층 연소 시스템에서 이산화탄소 발생을 감축시키는 암모니아 혼소 운전 기술을 개발했다고 밝혔다. 순환유동층 연소(CFBC: Circulating Fluidized Bed Combustion)는 뜨거운 열매체제인 유동사(모래)가 순환하면서 석탄, 바이오매스, 코크스, 고형폐기물 등 고체연료가 연소되어 850-950oC에서 운전되며, 로 내 탈황, 탈질이 가능한 친환경 화력발전방식이다. 석탄화력과 열병합발전소에서 ‘암모니아 혼소’ 기술은 기존 발전 플랜트 및 송·배전선로 등 전력 인프라를 그대로 활용(좌초자산 방지)할 수 있다는 장점이 있다. 또한 재생에너지 간헐성에 따른 수급 불균형 해소는 물론
전지에 닿는 자외선 막고 가시광선 흡수 늘려...유기물 태양전지·다이오드 등 응용 페로브스카이트 태양전지의 수명과 효율을 동시에 잡을 수 있는 다기능성 필름이 개발됐다. UNIST 신소재공학과 최경진 교수 연구팀은 자연 태양광에서 포함된 자외선을 차단하고, 가시광선의 흡수는 늘리는 다기능성 반사 방지 필름을 개발했다. 연구팀에 따르면, 유해 자외선이 차단돼 전지 수명은 늘고, 유효 파장 대역인 가시광선의 흡수는 늘어 태양전지가 전기를 만드는 효율이 올라간다. 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 올려놓는 방식의 ‘1+1 탠덤 전지’는 2~3년 안에 상용화가 기대되는 차세대 전지다. 효율, 가격경쟁력, 공정 편의성이 탁월해 ‘슈퍼 태양전지’라고도 불린다. 탠덤 태양전지는 구조상 자외선에 약한 페로브스카이트가 상층부에서 직사광선에 노출된다. 또 광 반사를 줄이는 기존 표면 처리 기술을 쓰기 어렵다는 문제가 있다. 상용 실리콘 태양전지는 표면에 피라미드형 미세 요철을 만들어 빛 반사를 줄여왔는데, 탠덤 전지는 실리콘 태양전지 위에 액체 페로브스카이트 원료를 올려 만드는 제조 공정 특성상 실리콘 전지 표면이 매끈해야만 하기 때문이다. 연구팀이 개발한 다기능
디지털 기술과 지속가능성 현재 항공우주, 자동차 및 모빌리티, 하이테크, 바이오 등 다양한 산업에서 커다란 디지털 전환이 진행되고 있다. 또한, 코로나19 팬데믹 이후 환경에 대한 관심이 커짐에 따라 디지털 전환은 ESG 실현을 위한 필수적인 과제로 자리 잡고 있다. 모건스탠리캐피털 인터내셔널이 2021년 진행한 조사에 따르면, 디지털 기술은 온실가스 감축 목표의 약 50%에 기여하고 MSCI의 총 35가지 항목 중 디지털 전환으로 40% 이상의 문제를 해결할 수 있다고 나타났다. 디지털 전환이 현재 속도로 계속된다면, 이산화탄소를 102Mt만큼 절감할 수 있을 것으로 예상된다. 디지털 전환 속도가 빨라지게 되면 이산화탄소 절감 효과는 151Mt를 기록할 것으로 예상되며, 이는 국가 기후 목표 절감량의 58%를 차지한다. 버추얼 트윈이란? 다쏘시스템은 현실의 제품을 가상으로 복제하는 것이 아닌 제품 설계 전부터 모든 구성요소를 가상으로 구현하는 ‘버추얼 트윈’을 제공하는 3D익스피리언스 플랫폼을 제공한다. 3D익스피리언스 플랫폼은 제품 모양, 사이즈, 소재, 구성요소를 미리 가상환경에서 설계할 수 있다. 또한, 설계에 따른 제품 내구성, 열역학, 공기역학 등
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