ETRI, 벽 너머의 피해자 생체신호도 감지하는 고정밀 기술 개발 한국전자통신연구원(ETRI)이 화재·폭발·붕괴 등 실내 재난현장에서 소방관을 도와 효과적으로 인명을 구할 수 있는 기술을 개발했다. 국내 연구진은 레이더 센서 기반의 인명탐지 시스템을 개발하고, 현장 적응을 위한 시제품 제작과 리빙랩 실증 테스트를 추진할 예정이라고 밝혔다. 이 기술을 통해 신속하고 안전한 인명궂를 지원해 효율적인 재난재해 대응이 가능해질 전망이다. 화재 등 재난현장은 어둠과 연기·분진 등 소방대원의 시야를 제한하는 요소가 많고 화재현장의 구조를 정확히 알 수 없어 피해자의 효율적인 인명구조가 어렵다. 연구진은 센서 반도체기술을 활용해 재난현장에서 소방대원의 헬멧이나 휴대하는 기기 형태로 만들어 시야 한계를 극복하고 피해자의 호흡과 심장박동 등 생체신호를 탐지할 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 전파가 가지는 투과성능을 이용해 재난현장 장애물 뒤의 상황과 피해자 존재를 파악할 수 있어, 신속·정확한 인명구조와 소방대원의 안전 보장에도 큰 도움이 될 것으로 전망했다. 연구진은 인명탐지 시스템 구축을 위해 두 가지 방식의 레이더 센서 반도체를 개발했다. ETRI가 처음 개발한 임
헬로티 임근난 기자 | UNIST 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 나트륨 이온 전지의 사용 시간을 늘리는 데 치명적인 걸림돌이었던 미세구조 뒤틀림 현상(얀-텔러 효과)을 억제하는 데 성공했다. 이번 연구로 나트륨 이온전지의 대형 에너지 저장장치 분야(ESS) 상용화가 더욱 빨라질 전망이다. 나트륨 이온전지는 기존 배터리의 리튬 성분을 값싸고 풍부한 나트륨으로 대체한 차세대 전지다. 포항가속기연구소(PAL) 정영화 박사와 싱가포르 난양공대 이석우 교수 연구팀과 함께한 이번 연구는 기능성 소재분야 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advanced Functional Materials)에 지난 10일자로 공개됐다. 나트륨 이온 전지의 양극으로 적합한 망간계 소재(망간이 포함된 프러시안블루 구조 소재)는 미세구조의 뒤틀림이 심하다고 알려져 있다. 공동 연구팀은 이 배터리 양극 소재 내부의 화학반응 속도를 조절하는 새로운 방법으로 미세구조 변형을 억제하는 데 성공했다. 수용성 고농도 전해질을 사용해 미세 뒤틀림 현상을 효과적으로 억제했고, 그 결과 배터리 용량 감소 현상이 줄고 수명은 늘었다. 수용성 고농도 전해질을 쓰면 유기 저농도 전해질을 쓸 때보다 화학반
헬로티 조상록 기자 | 화력발전소와 폐기물 소각장 등에서 발생하는 흰 연기(白煙·백연) 속 응축성 미세먼지를 액체로 바꿔 제거하는 기술이 개발됐다. 유기탄소와 황산염 등 인체에 해로운 성분이 포함되어 있지만 아직 배출에 대한 별도의 규제가 없었던 흰 연기 속 응축성 미세먼지 해결에 도움이 될 전망이다. 한국기계연구원 환경시스템연구본부 그린동력연구실 김영민 책임연구원은 굴뚝에서 배출되는 흰 연기에 냉각과 흡수를 동시에 적용하여 오염물질을 제거하는 ‘냉각·흡수 하이브리드 응축성 미세먼지 제거 시스템’을 개발했다. 화력발전소나 사업장의 굴뚝에서 내뿜는 흰 연기는 수분이 대부분이지만 일부 인체에 유해한 응축성 미세먼지가 포함되어 있다. 응축성 미세먼지는 처음 고온 상태로 대기에 배출될 때는 기체 상태로 존재하다가 대기 중에서 냉각되면서 입자로 변하기 때문에 제거하는 데 어려움이 있었다. 응축성 미세먼지 뿐만 아니라 수분만 포함된 흰 연기도 겨울철에는 도로의 결빙을 유발할 수 있고, 일조량을 감소시키거나 대기 중 오염물질의 확산을 방해하는 등 인근 지역의 공기 질을 악화시키는 원인이 될 수 있다. 연구팀은 굴뚝에서 뿜어져 나오는 100℃ 이상의 배기가스가 배출되기 전
헬로티 김진희 기자 | 선풍기나 발전기, 터빈처럼 로터(rotor·회전자)를 갖는 회전기계들은 보통 로터를 외부 환경으로부터 격리하기 위해 케이지 등 프레임 안에 설치한다. 외부 영향으로부터 로터를 보호하고, 운동량을 보존하기 위해서다. 국내 연구진이 이러한 회전기계의 구조를 닮은 초소형 분자 로터를 합성했다. 기초과학연구원(IBS) 김기문 복잡계 자기조립 연구단장(포스텍 화학과 교수) 연구팀은 연구진이 자체 개발한 ‘포피린 박스’를 케이지로 사용하는 크기 2.3nm의 분자 로터를 합성했다. 머리카락 두께보다 10만 배가량 얇은 이 분자 로터는 외부의 화학적 자극에 의해 움직임을 제어할 수 있다는 것이 특징이다. ‘세상에서 가장 작은 기계’로도 불리는 분자 기계는 외부의 자극에 의해 기계적인 움직임을 구현해내는 분자 집합체다. 분자 기계를 최초로 설계하고 합성한 연구자들에게 2016년 노벨 화학상이 수여됐을 정도로 많은 연구가 이뤄졌다. 하지만 여전히 나노미터 수준의 영역에서 정밀하게 작동하는 분자 기계를 설계하는 것은 기술적으로 많은 어려움이 있는 상황이다. IBS 복잡계 자기조립 연구단은 2015년 6개의 사각형 포피린(P·porphyrin) 분자와 8개
헬로티 김진희 기자 | 사람이 많은 실내 다중 밀집 시설에서도 안전하게 자율방역을 실시할 수 있는 AI(인공지능) 기반 스마트 방역로봇이 개발됐다. 사람이 없는 공간에서만 방역이 가능하던 기존 자율방역 로봇과 달리 사람과 한 공간에서도 안전한 방역이 가능한 것이 특징이다. 한국기계연구원(이하 기계연) 인공지능기계연구실 김창현 AI를 활용한 실시간 바이러스 분석 알고리즘을 탑재한 AI 기반 스마트 방역로봇을 개발했다. 이번에 개발한 로봇은 AI를 기반으로 실내공간에 머무는 사람을 인식하고 이를 바탕으로 바이러스 분포를 분석하는 확률 바이러스 지도 작성 알고리즘을 탑재했다. 확률 바이러스 지도 작성 알고리즘은 실내 공간에 설치된 CCTV로 확보한 사람의 위치, 머무는 시간 등의 데이터를 바탕으로 바이러스가 밀집된 지역을 추정하여 최적의 바이러스 살균 동선을 산출할 수 있다. 방역로봇은 계산 결과에 따라 방역에 가장 최적화된 동선을 따라 방역작업을 수행할 수 있다. 또한, 사람의 활동과 동시에 방역할 수 있도록 UV-C 살균램프를 직접 이용하는 대신 UV-C 살균을 거친 공기를 분사하는 방식을 적용했다. 스마트 방역로봇은 바이러스 지도에 따라 산출된 최적의 방역동
헬로티 이동재 기자 | 전기자동차 및 에너지저장시스템(ESS)의 시장이 급속도로 성장함에 따라 리튬이온전지의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 기존의 리튬이온전지는 가연성의 액체 전해질을 이용하고 있어 안전성에 논란이 있으며, 최근 이로 인한 화재 및 폭발 사고가 지속해서 보고된 바 있다. 이 때문에 비가연성의 고체 전해질을 이용한 리튬전고체전지가 화재 및 폭발 위험성이 없는 차세대 이차전지로 주목을 받고 있지만, 고체 전해질은 액체 전해질과 비교해 리튬의 이온 전도도가 낮다는 문제점이 있다. 액체 전해질의 이온전도도에 상응하는 다양한 리튬전고체전지의 고체 전해질 후보물질들이 속속 보고되고 있는 가운데 황화물계 고체 전해질은 상대적으로 높은 이온 전도도를 보여 소재 및 합성 공정 개선을 위한 연구가 시도되고 있다. 그런데, 황화물계 고체 전해질의 경우 대기 노출시 수분과 반응하여 유독한 황화수소(H2S) 가스를 발생시키는 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 연구 또한 함께 진행되어야 했다. 한국과학기술연구원(KIST) 류승호 박사팀은 고이온전도성 황화물계 고체 전해질 중 하나인 아지로다이트(Argyrodite) 고체 전해질 소재 내부에 안티모니(Sb)와 게르마
UNIST 임한권 교수팀, 머신러닝 기반 수소 생산공정 종합평가 모델 개발 화학공장의 수소 생산공정 성능을 종합적으로 평가하는 예측 모델이 나왔다. UNIST 임한권 에너지화학공학과 교수팀은 화학공정의 성능을 미리 예측할 수 있는 모델을 개발했다. 인공지능의 한 분야인 머신러닝을 접목했다. 지어질 건축물을 시뮬레이션 해보는 것처럼, 대형 화학공장을 지을 때도 시뮬레이션 프로그램으로 공정을 돌려보는 과정을 거친다. 이번에 개발된 모델은 해당 과정에 인공지능을 접목해 수소 생산공정의 성능을 종합적으로 평가한다. 이 모델은 수율과 같은 기술적 성능뿐 아니라 생산 비용, 이산화탄소 배출량 등을 단 한 번에 예측할 수 있다는 장점이 있다. 기존에는 3단계의 복잡한 과정을 거쳐 공정을 평가했다. 개발된 예측 모델로 차세대 수소 생산 공정의 성능을 평가한 결과, 3단계 평가 방식과 최대 99.9% 유사한 결과 값을 얻을 수 있었다. 3단계 방식보다 훨씬 간단하지만 정확도는 비슷하다는 의미다. 연구팀은 이 예측 모델을 새로 설계한 메탄올 습식 개질 공정의 성능 평가에 활용했다. 메탄올 습식 개질 공정은 현재 수소 생산에 널리 쓰는 방식보다 이산화탄소 배출과 에너지 소모가
UNIST·에너지硏, 신소재 정공수송층 개발로 전지 내열성·장기안정성 확보 UNIST와 한국에너지기술연구원 연구진이 모듈 형태로 크기를 키운 페로브스카이트 태양전지의 최고 효율 기록을 경신했다. 이 같은 연구 결과는 광전자공학 최고 권위 저널인 네이쳐 포토닉스에 1월 17일 자(현지 시각)로 공개됐다. UNIST 양창덕 교수와 한국에너지기술연구원 김동석·이찬우 책임연구원 공동 연구팀은 페로브스카이트 태양전지용 유기물 신소재를 개발했다. 상용화를 위해서는 전지를 큰 크기로 만들어도 고효율을 유지해야 하는데, 이 소재를 써 만든 페로브스카이트 태양전지는 모듈 형태로 확장했을 때도 21.83%의 높은 효율을 기록했다. 또 장기안정성과 내열성 문제도 크게 개선돼 차세대 태양전지로 꼽히는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 전망이 한층 밝아졌다. 연구진은 페로브스카이트 태양전지의 정공수송층(HTM)용 유기 소재를 새롭게 개발해 이 같은 성과를 올렸다. 정공수송층은 전지 효율을 결정하는 핵심 요소 중 하나로, 태양광 생성 전하입자(정공)를 전극으로 전달하는 중요한 역할을 한다. 정공 전달 성능을 끌어올리기 위해 넣는 첨가제 때문에 기존 소재는 수분과 열에 취약하다는 문제가
에스엠랩, 망간산화물계 단결정 소재 기술 개발·준양산 검증 완료 에스엠랩(SMLAB)이 망간과 니켈로만 구성된 단결정 양극재를 개발하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 개발된 양극재는 기존 저가형 배터리에 쓰이는 소재보다 에너지 밀도가 2배 이상 높아 전기차의 주행거리가 짧다는 단점을 극복할 수 있을 것으로 보인다. 배터리 양극재는 전체 배터리 가격에서 35% 이상을 차지할 정도로 고가다. 이 때문에 테슬라는 지난해 기본형 모델 전기차에 저가형 LFP 소재를 사용한 배터리를 탑재하겠다고 밝혔다. LFP 양극재는 기존 전기차 배터리 양극재보다 3배 가까이 싸지만, 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다. 에스엠랩이 개발한 소재는 비싼 코발트를 빼고 값싼 망간과 니켈을 3:1의 비율로 섞은 소재지만, 에너지 밀도가 LFP보다 2배 이상 높다. 또 망간계 전극 소재의 문제점인 낮은 출력 특성도 전도성 코팅을 독자 개발해 극복했다. 조재필 대표는 “해외 고객사와 양산 검증을 거쳐 2022년 4분기부터 전기차용 배터리 실증 테스트를 계획하고 있다”고 밝혔다. 그간 LFP 배터리 생산은 중국이 주도해 왔다. 최근 테슬라 외에도 포드, 폭스바겐 등이 LFP 배터리 채택을 검토이
한국에너지기술연구원(열변환시스템연구실 강은철 박사 연구진)이 새롭게 건설하는 도로·철로의 방음벽과 기존에 설치된 노후한 방음벽에 대체 적용이 가능한 다기능(흡음·차음, 전기·열 생산) PVT 방음벽 기술을 개발했다. PVT(Photovoltaic-Thermal)은 태양광 패널·태양열 집열기가 융합되어 전력과 온열을 복합 생산하는 기술이다. 다기능성 PVT 방음 모듈은 단순한 요소기술의 조합이 아닌 여러 요소기술들이 융합됐다. 태양광 패널의 온도 상승에 따른 발전량 저하를 막기 위해 PVT 내부에 공기유동을 발생시켜 패널의 온도를 낮춤과 동시에 열을 회수하도록 설계했으며 PVT의 외부 열손실을 최소화하기 위해 흡음재를 단열재로 활용해 흡음과 단열 역할을 한다. 또한 PVT 방음벽 기술의 완성도를 높이기 위해 최적의 방음 기능을 위한 PVT 방음벽 구조체의 형상과 온열을 효율적으로 생산할 수 있는 최적의 전열구조를 적용했으며 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 자동화된 운전 제어 기술을 개발했다. 연구진은 시스템 설계 및 현장 설치가 용이한 직렬 연계 방식의 시공 기법을 바탕으로 현재 충청남도 계룡시에 3kWe급의 다기능성 PVT 방음벽 시스템을 실증 적용해
‘금속간화합물’ 도입한 전고체전지 음극 제조 기술...Advanced Science 표지논문 게재 전지 수명 및 안정성 낮추는 '리튬 덴드라이트 성장' 억제 전고체전지 상용화의 기술적 난제였던 '덴드라이트 성장'을 억제하는 기술이 주목받고 있다. 한국전기연구원(이하 KERI) 전고체전지 연구개발팀의 ‘안정적인 황화물계 전고체전지용 음극 제조 기술’ 관련 연구결과가 국제 저명 학술지 1월호에 표지논문으로 게재됐다. 전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 기존 가연성의 액체에서 화재나 폭발의 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 일반적으로 전고체전지의 음극 소재로 리튬금속이 사용되는데, 충·방전을 거듭할수록 리튬 표면에 나뭇가지 모양의 형태로 리튬이 자라나는 일명 '덴드라이트 성장'이 전지의 수명과 안정성을 크게 낮추는 원인으로 작용해, 전고체전지의 상용화를 막는 가장 큰 기술적 난제로 여겨져 왔다. 그동안 이를 해결하기 위해 리튬 금속 표면을 화학적으로 처리하는 방법, 리튬 저장용 구조체를 도입하는 방법, 리튬을 다른 물질로 바꾸는 방법과 같은 다양한 시도가 있었으나 방법이 매우 복잡하거나 전압이 낮아지는 등 상용화 관점에서 한계를 보였
헬로티 김진희 기자 | 다양한 생체 전자 소자 및 회로에 응용할 수 있는 새로운 구동 원리를 갖는 전도성 고분자 기반 전기화학 다이오드 소자가 국제 공동연구로 개발됐다. 지스트(광주과학기술원) 신소재공학부 윤명한 교수 연구팀은 영국 임페리얼 컬리지 런던(ICL)의 마틴 히니(Martin Heeney) 교수(現 지스트 신소재공학부 객원교수) 연구팀과 공동연구를 통해 유기물 혼합형 전도체를 이용한 새로운 정류 소자를 선보였다. 유기물 혼합형 전도체(OMIEC)는 금속과 같은 단순 전기전도체가 아닌, 전해질 내에서 이온 전도성와 전기 전도성을 동시에 갖는 재료로, 전해질 환경에서 생체전기신호를 증폭하는 소자 및 유연 전자 소자의 반도체 재료로 활용된다. 일반적인 유기물 기반 다이오드는 p형-n형 유기물 반도체의 접합이나, 금속-유기물 반도체의 접합 등을 통한 구현이 가능한 반면, 정교한 에너지 준위 제어를 필요로 하며 낮은 구동 안정성 및 낮은 전류특성을 갖는 단점이 있다. 이번 연구에서 제안한 유기물 혼합형 전도체는 기존 유기물 반도체 재료에 비해 높은 전하밀도에 의한 높은 전기적 특성을 구현할 수 있었으나, 전해질 내에서 구동하는 특성상 기존 접합형 다이오드
헬로티 김진희 기자 | UNIST 에너지화학공학과 정성균 교수는 배터리 고온 작동환경에서 양극 소재 미세 구조 변화와 산소 발생 간의 상관관계를 규명했다. 특히 이 과정에서 양극 소재 성분별 산소 발생 현상을 분석해내 향후 새로운 배터리 양극 소재 설계에 도움이 될 전망이다. 이번 연구는 한국원자력연구원 김형섭 박사와 서울대 재료공학부 강기석 교수팀과 함께 진행했다. 배터리 양극에서 나오는 산소는 배터리 발화와 폭발의 주요 원인이다. 산소와 유기계 배터리 전해질이 만날 경우 고온의 작동환경과 맞물려 연소 반응이 일어날 수 있기 때문이다. 따라서 안전한 배터리 개발을 위해서는 내부에서 산소가 어떻게 발생하는지 또 얼마나 발생하는지를 알아내는 것이 중요하다. 연구팀은 산소 발생 현상과 양극 소재 미세구조 변화간의 상관관계 분석을 통해 양극 소재 내 코발트 성분 함량을 높여 산소 발생을 줄이는 새로운 설계 원리를 제시했다. 코발트가 많을수록 산소 발생의 주요 원인이 되는 암염 구조로의 상전이를 늦출 수 있기 때문이다. 상전이는 소재 내 원자(원소)들의 배열 모양과 위치가 바뀌는 현상으로, 양극 소재가 고온에 노출되면 상전이가 일어난다. 양극 소재의 성분을 구분할
헬로티 함수미 기자 | SKC의 폴리우레탄(PU) 사업 투자사 MCNS가 버려진 PU를 원료인 폴리올(Polyol)로 되돌리는 친환경 ‘리폴리올(Re-Polyol)’ 기술을 상용화한다. 폐PU를 폴리올로 되돌리는 기술의 상용화는 국내 최초로, MCNS는 지난달 정부의 ‘신기술(NET) 인증’을 획득했다. MCNS는 이달 중 국내 대형 가구 전문기업과 함께 리폴리올 기술을 상용화한다. 가구 제조 과정에서 나오는 폐PU를 회수해 리폴리올 기술로 PU 원료로 되돌린 뒤 가구업체에 공급하면 가구용 PU로 활용하는 방식으로 이뤄진다. MCNS는 향후 다른 고객사와도 협력해 이 같은 폐PU 자원순환체제를 확대해 나갈 계획이다. PU는 가구, 자동차 내장재, 냉장고, LNG 및 LPG 선박의 단열재 등 다양한 용도로 널리 쓰이는 소재다. 하지만 무게에 비해 부피가 크다는 특성 때문에 수거 등 취급 과정에서 경제성이 떨어지고, 재활용하기가 까다롭다는 소재 특성 때문에 대부분 폐기됐다. 국내에서 연간 4만톤 이상 발생하는 폐PU도 특수 소각 처리 이후 매립돼 왔다. 이 과정에서 온실가스 증가는 불가피했다. MCNS가 3년 간의 연구개발을 통해 독자 개발, 상업화에 나서는 리
KAIST(한국과학기술원)가 고무 형태의 고분자 전해질을 개발했다. 이를 전기차에 도입하면 한 번 충전으로 800km까지 주행할 수 있다. 이번 개발은 KAIST 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 미국 조지아공대(Georgia Tech) 이승우 교수팀과 공동으로 연구했으며, 연구 내용은 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’ 1월 13일에 실렸다. 배터리(이차전지)에 일반적으로 사용되는 액체전해질은 화재 및 자동차 안전사고를 일으킬 위험성을 가지고 있다. 반면, 전고체 리튬메탈전지(all-solid-state Li-metal battery)는 액체전해질이 아닌 고체전해질을 사용하기 때문에 화재 위험성을 현저히 줄일 수 있다. 또한 기존 리튬이온전지에 비해 에너지밀도가 높아 주행거리를 더 늘릴 수 있다. 고체 전해질은 크게 고분자 기반, 산화물 기반, 황화물 기반의 전해질로 나뉘는데, 현재 황화물 기반에서 가장 활발한 연구가 되고 있으나 가격이 비싸다는 단점이 있다. 고분자 기반 고체전해질은 원료가 싸고, 저온 대량생산 공정, 가벼움의 장점을 가지고 있다. 하지만 상온에서 낮은 이온전도도를 가지는 문제점이 있으며, 전지 충‧방전 시 안정성이 떨어진다. 공동 연
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