◇ “1회 충전 1000㎞ 달릴수 있을까”…포스텍, 실리콘-젤 전해질 시스템 개발

포스텍은 박수진 화학과 교수 연구진이 젤(gel) 형태의 고분자 전해질을 사용해 저렴하면서도 안정적인 마이크로 실리콘 기반의 차세대 고에너지 밀도를 가진 리튬이온 배터리 시스템을 개발했다고 26일 밝혔다.

연구진은 경제적이면서도 안정적인 실리콘 기반 배터리 시스템을 개발하기 위해 젤 형태의 전해질을 사용했다. 리튬이온 배터리 내 전해질은 이온이 양극과 음극을 오고 갈 수 있는 중요한 요소다. 젤 전해질은 액체 형태의 일반적인 전해질과 달리 고체나 젤 상태로 존재하는데, 탄성이 있는 고분자 구조를 가져 액체 전해질에 비해 안정성이 높다.

연구진은 전자빔을 활용해 마이크로 실리콘 입자와 젤 전해질 간 공유 결합을 형성했다. 이 공유 결합은 리튬이온 배터리 구동 중 부피 팽창으로 인한 내부 응력을 분산시켜 마이크로 실리콘 부피 변화를 완화해 구조적 안정성을 높였다.

이를 적용한 결과, 기존 나노 실리콘 음극재에 비해 100배 큰 5㎛ 마이크로 실리콘 입자를 사용해도 안정적인 전지 구동력을 보였다. 

◇ 경북대, 프러시안 화이트 양극재 결정 구조 변화 메커니즘 규명

경북대학교 신소재공학부 이지훈 교수팀은 울산과학기술원 이현정 교수팀과 함께 차세대 이차전지 소재로 주목받고 있는 프러시안 화이트의 결정 구조 변화 메커니즘을 규명해 대량 생산 가능한 저비용·고성능 알칼리 이온전지 설계의 단초를 제시했다고 24일 밝혔다. 

프러시안 화이트는 기존 리튬이온전지 양극재 합성에 필수적인 1000도 이상의 고온 소결과정이 필요없고 값이 저렴한 철(Fe)로 구성돼 가격 경쟁력이 매우 우수하다. 

또한 공침법을 활용한 대량 생산이 가능해 중국 이차전지 기업인 CATL사를 필두로 소듐이온전지 양극재로서 프러시안 화이트 연구에 주력하고 있다.

◇ 전기차 보조금, 배터리 재활용 가치 크고 효율 높으면 더 준다

환경부가 올해부터 배터리의 재활용 가치가 큰 전기차에 보조금을 더 주기로 했다.

중국 배터리업체의 주력상품인 리튬인산철(LFP) 배터리를 장착한 전기차에 불이익을 주는 셈이다.

올해부터 새 국가온실가스감축목표(NDC)가 본격적으로 수립될 예정인데 환경부는 기존 목표보다 후퇴는 없다고 못 박았다. 환경부는 이런 내용이 담긴 올해 업무계획을 26일 발표했다.

◇ DGIST 연구팀, 극한의 환경에도 작동하는 차세대 반도체 메모리 개발

DGIST는 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수팀(제1저자 장봉호 박사과정생)이 저온에서도 고품질의 산화막 제작과 효과적인 패터닝이 동시에 가능한 신규 제조 기술을 개발하고 이를 이용한 비휘발성 저항 변화 메모리를 구현했다고 25일 발표했다.

권 교수팀은 액상 공정의 전구체에 연소 합성 기술의 원리를 적용하여, 더 낮은 온도에서도 자외선과의 광화학적 반응을 통해 고품질의 산화 지크로늄(ZrO2)막과 빛으로 모양을 만드는 광패터닝 효과를 동시에 얻을 수 있었다.

연구팀은 나아가 해당 기술로 저항 변화 메모리를 제작했다. 제조된 저항 변화 메모리는 1,000회 이상 반복하여 정보를 바꾸어도 메모리 동작의 문제가 없을 만큼 좋은 내구성을 가지고 있다. 또한, 고온의 환경에서도 100,000초 이상 데이터가 보존되는 결과를 보였다.

권 교수 연구팀은 이전에도 이와 같은 연소 합성 기술을 이용하여 저온에서 SnO2 박막트랜지스터를 제작한 바 있다. 

◇ 5GB 영화 1초에 5.6편 보내는 광통신 기술 개발

권용환 한국전자통신연구원(ETRI) 광무선연구본부 본부장 연구팀은 24일 초대형 데이터센터나 6G(6세대) 이동통신 기지국 등에 쓰일 수 있는 광원 소자를 개발했다고 밝혔다.

광원 소자는 전기 신호를 광신호로 변환시키는 소자다. 데이터 서버간 통신을 가능케 하는 ‘광트랜시버’ 송신부에 달려 사용된다. 최근 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등으로 인해 데이터 사용량이 증가하면서 광원 소자의 성능을 높여야 한다는 필요성이 제기되고 있다. 현재 일반적으로 쓰이고 있는 광원소자는 채널당 최대 100Gbps 광신호 전송이 가능하다. Gbps는 초당 전송하는 정보의 양을 측정하는 단위다.

연구팀이 개발한 광원소자는 244Gbps 광신호 전송이 가능하다. 2배 이상 빨라진 것이다. 연구팀은 “광결합 효율을 대폭 개선해 에너지 소모 절감도 이뤘다”며 “현재 전 세계적으로 소수 기업만 개발이 가능해 본 기술 개발로 향후 해외수입 의존에서 탈피할 수 있게 됐다”고 설명했다.

◇ 세라믹기술원, 태양광 폐패널 자원 회수기술 이전

한국세라믹기술원 정현성·허수원·정현진 박사 연구팀은 태양광 폐패널로부터 유가자원을 회수할 수 있는 기술을 개발해 태양광 폐패널 재활용 전문기업 리셋컴퍼니에 기술을 이전한다고 26일 밝혔다.

이전한 기술은 ‘나노입자 합성 공정 기술’로 태양광 폐패널로부터 은, 실리콘 등의 유가자원을 회수하는 '나노 입자화'하는 기술로써 회수자원을 고부가치화 할 수 있는 핵심 원천기술이다. 

실제 태양광 패널은 70%의 유리, 알루미늄, 플라스틱, 은 등으로 구성돼 있으며 그중 약 96%는 재활용할 수 있다.

기존에는 고온로를 활용한 건식제련 방식을 통해 잉곳 형태로 유가자원을 회수하였으나 재활용 사업의 수익성이 낮아 재활용업체들의 진입장벽이 높고 현재 배출 수준에서는 재활용을 통해 기업이 수익을 기대할 수 있는 요소는 다소 부족한 실정이다.

◇ 포스텍, 금속성 물질내 전기분극과 극성 상태 유도 성공

포스텍(POSTECH)은 이대수 물리학과 교수가 노태원 서울대 물리천문학부 교수·웨이 펑 박사, 박세영 숭실대 물리학과 교수 연구팀과 함께 금속 내 분극과 극성 상태를 유도하고 제어하는 방법을 발견했다고 22일 밝혔다.

금속 내부에 있는 '자유전자'는 이동이 자유로워 전자가 특정한 방향으로 정렬되는 분극이나 극성 상태를 형성하기 어렵다. 일반적으로 금속 결정은 양 끝이 서로 대칭인 구조를 이루기 때문에 양 끝의 전기적 효과가 상쇄돼 그동안 분극 현상과 극성 상태를 유도하는 데 어려움이 많았다.

연구팀은 금속에서도 분극 현상과 극성 상태를 구현하기 위해 '플렉소 전기장(Flexoelectric field)'을 사용했다. 이 전기장은 물체 표면이 불균일하게 변형될 때 발생하는 유사 자기장으로 금속의 경우 미세한 격자 구조를 변형시키면 전하의 이동이나 전기적 특성을 조절할 수 있다.

◇ KAIST, 땀에 강한 피부 부착 웨어러블 로봇 제어 센서 개발

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 정재웅 교수·기계공학과 김정 교수 연구팀이 피부 상태에 영향을 받지 않는 고품질의 전기 생리신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들 센서를 개발하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.

재활 치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하기 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다. 

연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용해서 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 이를 통해 단단한 마이크로니들이 높은 저항을 가진 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질의 전기 생리 신호를 얻을 수 있다. 

◇ GIST, '반데르발스 물질' 대칭 조절 가능성 최초로 밝혀

광주과학기술원(GIST)은 물리‧광과학과 이종석 교수와 서울대학교 물리천문학부 박제근 교수 연구팀이 반데르발스 물질인 'Fe3GeTe2'에서 원자 빈자리를 이용해 물질의 대칭 조절이 가능하다는 것을 처음으로 확인했다고 25일 밝혔다.

반데르발스 물질계는 인접층 사이의 약한 결합력으로 인해 2차원 물리현상을 살펴볼 수 있을 뿐만 아니라 양자전도 현상, 강유전성, 자성 등 다양한 물성을 기반으로 한 전자소자로서 활용될 수 있다.

특히 다양한 성질의 여러 물질을 원자층 단위로 층층이 쌓아 다기능성 나노소자를 구현할 수 있기 때문에 전자 대신 스핀을 활용하는 기술인 미래 스핀트로닉스 소재의 후보 물질로 활발히 연구되고 있다. 

연구팀은 철 빈자리 양을 조절한 'Fe3GeTe2'에서 반전 대칭성 깨짐 정도에 비례하는 이차 고조파 신호가 철 빈자리 양이 증가함에 따라 크게 증가한다는 사실을 확인, 철 빈자리에 의해 반전 대칭성이 깨질 수 있다는 것을 검증했다.