한국에너지기술연구원, 구멍 숭숭 그래핀 코팅 기술로 이차전지, 연료전지 내구성 잡았다 탄소중립 달성을 위해 태양광, 풍력 등 재생에너지 기술 뿐만 아니라 수소와 연료전지, 이차전지 등 에너지원을 저장/공급하는 차세대 에너지 소자 개발이 활발히 이루어지고 있다. 한국에너지기술연구원은 고온에너지전환연구실 김희연 박사 연구진이 연료전지 촉매 및 이차전지 전극 물질의 표면에 다공성 그래핀쉘을 코팅하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진이 개발한 기술은 연료전지 촉매와 이차전지 전극의 내구성 저하 문제를 근본적으로 해결하는 기술로, 다공성 그래핀쉘을 연료전지 전극용 백금(또는 백금-전이금속 합금) 촉매와 이차전지 전극용 실리콘산화물에 적용해 내구성을 200% 이상 향상시킬 수 있다고 설명했다. 연구진은 2010년대 초부터 꿈의 소재라 불리는 그래핀*을 적용한 전극 소재 연구에 집중해왔다. 특히, 모두가 흠집이 없는 매끈한 그래핀을 만드는데 집중할 때, 연구진은 오히려 고정관념을 깨고 구멍이 숭숭 뚫린 다공성 그래핀에 집중했다. 다공성 그래핀을 금속 촉매의 표면에 코팅하는 경우, 중간중간 구멍을 가진 그래핀 껍질의 신축성과 보호효과로 인해 연료전지 및 이차전지의 성능저하
"기존 촉매 대비 400% 높은 전류밀도에서 수소 생산이 가능한 것 확인" 국내 연구진이 물을 전기분해해 고순도의 ‘수소’를 생산(수전해)하는 비용을 낮출 수 있는 망간 기반의 새로운 촉매를 개발했다. ‘수전해’ 방식은 온실가스를 배출하지 않는 친환경적인 수소 생산 방법이지만, 고가의 전력비용이 실용화의 걸림돌이 되고 있다. 수소를 보다 폭넓고 다양하게 활용하기 위해서는 생산단가를 대폭 낮춰야 하며, 따라서 적은 에너지로 수소를 생산할 수 있는 고성능 촉매 개발이 요구된다. 이리듐, 루테늄과 같은 귀금속은 산소발생 반응을 일으키기 위한 우수한 촉매로 수전해에 주로 사용되고 있지만, 가격이 비싸다는 단점이 있다. 따라서 가격이 저렴하고 우수한 전이금속 기반(니켈, 코발트, 철)의 수소·산소 발생 촉매의 개발이 중요하다. 지스트(광주과학기술원)는 지구‧환경공학부 이재영 교수 연구팀이 인하대학교 화학공학과 이기영 교수 연구팀과 공동으로 수행한 연구에서, 전도성 탄소와 혼합된 망간 기반 촉매를 활용해 촉매의 전기 전도도를 조절함으로써 수전해 성능을 향상시키는 데 성공했다고 발표했다. 망간 기반의 금속 산화물은 자연계에 존재하는 대표적인 물분해 반응 촉매로, 구조적인
펄스 레이저 광원을 활용한 친환경 회수 기술 개발 은 회수율 97%, 실리콘 회수율 95%, 회수된 자원의 순도는 99.99% 한국세라믹기술원은 정현성·허수원·정현진 박사 연구팀은 환경부의 ‘미래발생 폐자원의 재활용 촉진 기술 개발사업’을 통해 태양광 폐패널 자원 회수 기술 및 전처리 자동화 기술을 본격적으로 개발한다고 밝혔다. 무한한 에너지원인 태양광을 전기로 만드는 태양전지는 화석연료 대비 kWh당 생성되는 이산화탄소를 크게 줄일 수 있는 점에서 2050 탄소중립의 이산화탄소 배출량 감축목표에 부합하는 에너지 기술로 각광받고 있다. 그러나 태양광 패널의 기대수명은 20년 내외로 2050년에는 11만 5,250톤의 폐패널이 발생할 것으로 예상되며, 2023년 태양광 폐패널의 생산자 책임 재활용 제도가 도입이 되므로 기존 자원 회수 기술의 향상이 필요하다. 태양광 패널은 70%의 유리, 알루미늄, 플라스틱, 은 등으로 구성되어 있으며, 그 중 약 96%가 재활용이 가능하다. 현재, 태양광 폐패널의 재활용 공정은 폐패널을 파쇄하여 원료를 분리하기 때문에 원재료 분류과정이 복잡하고 순도를 높이기 위해 화학물질을 사용하거나 고온의 열처리 과정을 거쳐야하므로 에너지
포항공과대학교-한양대 공동연구팀, 리튬이온전지의 용량·수명을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 AI 기술 개발 자가용과 버스, 택시에 이르기까지, 최근 도로에서는 전기자동차를 어렵지 않게 볼 수 있다. 전기자동차는 친환경적이면서 유지 비용이 저렴하다는 장점이 있지만, 배터리가 방전된다거나 수명이 다 되면 치명적인 사고가 일어날 수 있어 주의가 필요하다. 전기자동차에 주로 사용되는 리튬이온전지의 용량과 수명을 정확하게 예측하는 기술이 필요한 이유다. 포항공과대학교(포스텍)는 기계공학과 이승철 교수·박사과정 김승욱 씨 연구팀이 한양대 오기용 교수와의 공동연구를 통해 리튬이온전지의 용량·수명을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 인공지능(AI) 기술을 개발했다고 밝혔다. AI에 물리 지식을 더해 예측 성능을 획기적으로 높인 이 연구성과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘어플라이드 에너지(Applied Energy)’에 최근 게재됐다. 배터리 용량을 예측하는 방법은 복잡한 배터리의 내부 구조를 단순화한 물리 기반 모델과 배터리의 전기적·기계적 응답을 활용한 AI 모델 두 가지로 나뉜다. 다만 기존의 AI 모델은 학습에 방대한 데이터가 필요한데다 학습하지 않은 데이터에 대해 예측
IBS 나노구조물리 연구단, 그래핀 단점 보완한 ‘홀리그래파인’ 합성 기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리 연구단 이효영 부연구단장(성균관대학교 교수) 연구팀이 반도체 특성을 띠는 새로운 2차원 탄소 동소체인 ‘홀리그래파인’을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 반도체 구현이 어려운 그래핀의 단점을 보완하는 물질을 합성함으로써 광전자공학, 촉매, 센서 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 대표적인 탄소 동소체는 다이아몬드와 흑연이다. 그래핀, 풀러렌, 탄소 나노튜브 등 현대에 발견된 다양한 탄소 동소체는 나노물질 과학에 혁명을 일으키고 있다. 특히 그래핀의 전자 이동 속도는 실리콘의 140배에 이르고 강도는 강철의 200배에 달하여 꿈의 소재로 각광을 받았다. 하지만 그래핀은 밴드갭이 없어 반도체로 사용하기에 한계가 있다. 밴드갭이 존재해야 때로는 전기를 통하게 하고 때로는 통하지 않게 하는 반도체로 활용할 수 있다. 그래핀의 한계를 보완하기 위해 빠른 전하 이동 속도를 가지는 동시에 밴드갭 조절이 가능한 새로운 유형의 2차원 탄소 동소체를 찾는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그래핀에 물리적·화학적 방법으로 구멍을 생성하면 전류의 흐름을 방해하여
이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원(KIST)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소(LANL)
'최고' LCC 효소 분해 속도 두 배…에너지절약형 재활용 체제 구축에 도움 기대 플라스틱은 매립하면 수백년이 가도 썩지 않지만 이를 만 하루가 안 되는 짧은 시간에 분해하는 효소가 발견돼 학계에 보고됐다. 플라스틱을 분해하는 효소가 발견된 것이 처음은 아니지만 이 효소는 지금까지 발견된 효소 중 분해속도가 가장 빠른 것으로 제시돼 주목을 받고있다. 독일 라이프치히대학과 과학 전문 매체 '사이언스얼러트'(ScienceAlert) 등에 따르면 이 대학 '분석화학연구소'의 크리스티안 조넨데커 박사가 이끄는 연구팀은 라이프치히 공동묘지의 두엄 더미에서 발견한 폴리에스터 가수분해효소 'PHL7'에 관한 연구 결과를 유럽화학학회가 발행하는 저널 '켐서스켐'(ChemSusChem)에 발표했다. 연구팀은 PHL7을 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 계열 플라스틱 분해에서 최고로 꼽혀온 LCC 효소와 비교하는 실험을 했다. LCC는 지난 2016년 일본의 자원재활용 공장에서 처음 발견된 PET 분해 효소로 플라스틱 분해 효소의 최적 표준이 돼왔으며, 이를 변형해 플라스틱 분해 능력을 강화하려는 연구가 진행돼 왔다. 연구팀이 PET를 효소가 들어있는 용액에 담가놓는 결과,
산업용 사물 인터넷(IIoT) 장치는 일반적으로 데이터 감지 및 릴레이를 위한 간단한 게이트웨이 역할을 하며, 클라우드 연결을 통해 무거운 리프팅이나 다량의 수치 데이터를 처리한다. 오늘날 공장에서 사용되는 머신 비전 센서는 대량의 데이터를 계속해서 고속으로 생산한다. 이렇게 생산되는 많은 데이터를 처리하려면 어떤 새로운 솔루션이 필요할까? 로컬 컴퓨팅으로 소스에서 데이터 감소 체계를 지원해 데이터 처리 및 인라인 검사 속도를 높이는 ‘엣지 컴퓨팅’이 새로운 패러다임으로 떠오르고 있다. 1. 가속화된 데이터를 처리하는 방법은? 품질을 보장하고 자동화를 추진하며, 사용자 지정을 실현하기 위한 오늘날 공장에서는 생산 현장에서 직접 데이터를 생성하고 처리해야 한다. 제조업체들은 이런 자동화 프로세스뿐만 아니라 재구성·수요에 따라 고품질 제품을 생산하는 적시 프로세스를 추진하기 위해 정보 통신용 네트워크 스마트 장치의 4차 산업혁명 개념을 받아들이고 있다. 스마트 센서는 디지털화와 컴퓨팅이 ‘엣지(가장자리)’에서 이뤄지는 공장 생태계의 필수 요소다. 엣지 장치는 데이터 부하를 줄이고, 전자상거래 시스템에 실시간 정보를 제공하는 수준의 유의미한 결과를 보고한다. 조직
미래 기술을 선보이는 RobotBrag 전시회는 Danish Technological Institute(DTI)와 덴마크 로봇협회(DIRA)가 주최하는 행사로, 올해 76개의 회사와 3000명 이상의 관람객이 참석했다. DTI는 전시회에서 빈 픽킹 애플리케이션을 포함한 몇 가지 혁신적인 어플리케이션 전시를 통해 ‘로봇’이라는 단어의 100주년을 기념하고자 했다. DTI는 스칸디나비아의 기술을 이끌어 가는 대변자로써, 이번 전시회에서 기술력이 뛰어난 빈 픽킹 데모를 구성해 전시하기로 한 것이다. 이 데모에서 로봇이 세 개의 서로 다른 빈에서 물체를 선택해 출력 빈에 넣는 ‘주문 선택/주문 이행’ 어플리케이션을 시연하고자 했지만, 이 어플리케이션을 수행할 수 있는 3D 비전 기술이 필요했다. 또한 준비 기한은 3주밖에 남지 않았다. 3주 이내에 구축 과제, 해결해야 할 점들은? DTI는 3주라는 짧은 시간 안에 카메라, 비전 시스템을 찾아 빈 픽킹 데모를 구축해야 했다. 데모를 구축하기 위해 몇 가지 필요 조건이 있다. 첫째, 다양한 소재 등을 픽킹할 수 있는 정교함이다. 로봇은 작은 물체들과 큰 물체, 반짝이는 금속, 투명한 가방, 무광택의 검은 물체 등의 모
건국대는 KU융합과학기술원 전봉현 교수(시스템생명공학과)와 김동은 교수(융합생명공학과) 연구팀이 다양한 바이오마커를 한 번에 고감도로 검출할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 해당 기술은 금 같은 귀금속 나노입자의 표면에 특정 분자를 흡착해 해당 분자의 라만 산란이 매우 증폭되는 ‘표면증강 라만산란(Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)’을 이용했다. 이러한 SERS 신호는 나노입자의 구조 및 모양에 크게 영향을 받는다. 전 교수팀은 시드가 되는 작은 금 나노입자를 큰 실리카 나노입자에 먼저 도입하고, 이후 첨가되는 금 소스의 농도 제어를 통해 금 나노입자 간 갭 제어를 했다. 이를 통해 매우 강한 SERS 신호를 얻을 수 있는 나노구조체를 만들었다. 전 교수는 “나노 갭 제어된 금나노입자는 다양한 표적물질의 정량 고속 검출 시스템에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”며 “특히 이는 다양한 바이오마커를 동시에 고감도 분석할 수 있는 기술이기에 액체 생체검사 기반의 췌장암 조기진단 기술에 활용하는 연구를 수행 중”이라고 말했다. 이 논문은 나노과학 및 나노기술분야 국제 저명 학술지 ‘Journal of Nanobiot
세계 최고 수준의 국제학술지 ‘네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 게재 서울대학교 공과대학은 재료공학부 이태우 교수 연구팀이 차세대 발광 소재인 금속 할라이드 페로브스카이트를 이용해 세계 최고 효율의 대면적 발광 소자를 개발했다고 17일 밝혔다. 유기원소, 금속, 할로겐 원소로 구성된 페로브스카이트 발광체는 현재 디스플레이 소재로 사용 중인 양자점(Quantum dot)이나 유기 발광 소재보다 소재 비용이 저렴하고, 색 조절의 용이성 및 색순도가 뛰어나다는 장점이 있어 기존 발광소재를 대체하는 차세대 디스플레이 소재로 각광받고 있다. 특히 페로브스카이트 발광체는 현존하는 발광체 중에서 유일하게 초고선명 텔레비전(UHD-TV) 색표준인 REC. 2020을 만족하는 고색순도 발광 소재로 차세대 디스플레이 산업을 선도할 수 있을 것으로 기대된다. 이태우 교수는 페로브스카이트 발광 소재 및 소자 분야의 세계적인 전문가로서, 2014년에 세계 최초 상온에서 구동하는 가시광 영역 다색 발광 다이오드(LED)를 개발한 이후로, 2015년에는 세계 최초로 발광 효율 8.53%의 고효율 페로브스카이트 발광 소자를 사이언스(Science)지에 보
원자력연-세안에너텍, ‘방사능 깊이분포 현장측정 프로그램’ 개발 원자력발전소 내 핵심 설비들이 장기간 중성자 등에 노출되면, 일부는 방사성물질로 변한다. 이런 방사화 구조물들은 원전 해체 시 ‘방사성폐기물’로 별도 관리되는데, 200L 드럼당 1,500만 원 이상 비용이 소요된다. 방사화 구조물을 정확하게 구별해 방사성폐기물량을 절감하는 것이 중요한 이유다. 국내 연구진이 방사화 구조물의 오염 정도를 원전 해체 현장에서 바로 측정하는 기술 개발에 성공, 상용화에 나선다. 한국원자력연구원은 세안에너텍과 함께 ‘방사능 깊이분포 현장측정 프로그램’을 개발했다고 밝혔다. 이는 지난 3월 연구원이 기술 이전한 ‘방사화 구조물 방사능 연속분포 현장 측정 알고리즘’을 기반으로 한다. 세안에너텍은 2018년에 설립된 방사선 관리 전문기업으로 향후 폐기물관리 등 원전 해체시장에 진출할 계획이다. 원자로를 둘러싼 대형 구조물들은 성분과 중성자와의 거리에 따라 방사능 농도가 달라진다. 지금까지는 구조물에 직접 구멍을 뚫고 여러 깊이에서 시료를 채취했다. 시료를 실험실로 옮겨 단면별 방사능을 측정해야 하므로 비교적 오랜 시간이 걸렸다. 특히 원자로 주변 콘크리트 벽면의 경우, 중
DGIST 이성원, 장경인 교수팀, 일상생활에서 작은 인체의 움직임을 이용한 고효율 전기 발전장치 개발 성공 원격 의료 시스템의 필요성이 증가하면서, 전자피부형 센서에 장시간 지속적으로 에너지를 공급할 새로운 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 진동과 압력, 외부충격 등을 가하여 전기에너지로 변환하는 원리의 발전 방식인 압전 에너지 발전은 친환경 에너지인 물리적 움직임에서 전기를 얻을 수 있다는 장점이 있어 주목받고 있다. 그러나 현재 제작되고 있는 압전 에너지 발전 소자는 성능의 극대화를 위해 몸에 유해한 물질인 PZT 등을 사용하고 있기에 실제 인체에 적용하기 위해서는 보호막을 이용해야 하므로 소자의 총 두께가 증가하게 된다. 소자가 두꺼우면 작은 인체의 움직임에 의해 변형되기 어려우며, 피부에서 분리되는 등 효율적인 에너지 수확이 불가능하다. 이런 가운데 DGIST는 화학물리학과 이성원 교수 연구팀이 생체친화적 물질을 사용하여 소자 두께를 최소화하여 눈 깜빡임 등의 인체의 작은 움직임에서 효율적으로 전기 에너지를 얻는 데에 성공했다고 발표했다. DGIST 이성원 교수팀은 약 4마이크로미터의 초박막 형태로 압전 발전 소자를 제작, 착용자가
서울대 연구진, 국제학술지 '핵산연구' 게재…학부생이 개발 주도 서울대학교 교수들과 학부생들이 질병 치료에 중요한 유전자를 발굴하는 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다. 11일 서울대는 의과대학 한범·정기훈 교수팀이 세포 분류를 선행하지 않고 신약개발 타깃 '마커 유전자'를 효율적으로 발굴할 수 있는 AI 알고리즘 '마르코폴로'를 개발했다고 전했다. 이번 연구는 미국 워싱턴대에서 컴퓨터공학 박사과정을 밟고 있는 김찬우 씨와 서울대 의대 학부생 이한빈 씨가 주도해 공동 제1 저자로 이름을 올렸다. 김씨는 연구 진행 당시 서울대 전기정보공학부에 재학 중이었다. 질병의 발병 기전을 연구하고 신약 개발을 하려면 치료 타깃이 될 수 있는 세포 종류와 '마커 유전자'를 발굴해야 하는데, 이를 발굴하는 데에는 '단일세포 RNA 시퀀싱 기술'이 쓰인다. 이 기술은 세포 하나하나의 유전자 발현량을 개별적으로 측정해 희귀 세포 등 특정 세포군을 분류하고, 특정 세포 종류에서만 발현되는 핵심 마커 유전자를 발굴할 수 있게 한다. 하지만 사람이 세포 종류를 클러스터링해 분류하는 선행 과정에서 주관적 요소가 크게 개입해 정확성이 떨어진다는 문제가 있었다. 연구진은 인간이 수동적으로
세계 최고 효율, 전기로 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 기술 개발 전류 90% 이상 이산화탄소 분해 및 환원에 사용돼 부산물 감소 효과 LG화학이 한국과학기술연구원(KIST)과 공기 중 이산화탄소로 플라스틱 원료를 만드는 기술을 개발하고 상용화의 발판을 마련했다. LG화학은 9일 KIST와 공동연구를 통해 이산화탄소(CO₂)를 일산화탄소(CO)로 전환하는 효율을 세계 최고 수준으로 높일 수 있는 전기화학 전환 반응기를 개발했다고 밝혔다. 일산화탄소는 합성가스, 메탄올 등 대체 연료와 플라스틱을 비롯한 다양한 화학 원료를 생산하는데 필요한 고부가 물질이다. 전기화학적 전환 기술은 전기를 이용해 이산화탄소를 일산화탄소 등 부가가치가 높은 탄소화합물로 전환하는 기술이다. 온실가스 감축을 통해 환경 문제를 해결함과 동시에 대기 중에 풍부하게 존재하는 이산화탄소를 원료로 사용할 수 있어 탄소 중립 실현에 필수적이다. LG화학과 KIST가 이번에 개발한 반응기는 일산화탄소 뿐만 아니라 각종 연료 및 화합물의 원료인 합성가스(Syngas)도 만들 수 있다. 일산화탄소와 수소의 비율을 전압 조절로 손쉽게 제어해 다양한 종류의 합성가스 제조가 가능한 것은 물론 기술 확장
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