한국기술교육대학교 에너지신소재공학전공

독일, 미국과 국제 협력 공동연구 개발 성과, 건물 안전 시스템 적용 등 활용 연구를 주도한 한국기술교육대 채수상 에너지신소재공학과 교수.[한국대학신문 이정환 기자] 한국기술교육대학교(KOREATECH) 에너지신소재공학과 채수상 교수 연구팀이 독일 및 미국의 정부 연구기관과 공동 연구를 통해 대기전력이 거의 제로에 가까운 스트레인 센서를 개발해 화제가 되고 있다. 연구팀의 성과는 나노 분야의 저명 국제 학술지 〈Nano Letters〉 3월호 온라인판에 게재되었다. 이번 연구에는 에너지신소재전공 채수상 교수와 이수형 학생(석사과정) 이 참여했으며, 연구팀은 금속 나노 박막 사이에 소프트 나노 베리어(barrier) 층을 삽입하는 방식으로, 신축 인장 시 10⁹ 배에 달하는 음의 저항 변화를 구현하는 데 성공했다. 일반적으로 신축 인장 시 재료의 저항이 증가하는 것이 일반적인 현상이지만, 연구팀은 이와 반대로 신축 시 저항이 감소하는 새로운 소재를 개발했다. 기존에도 음의 저항 변화를 보이는 재료가 일부 존재했지만, 신축 재료로 활용하기 어려운 단점이 있거나 적용가능한 신축 범위가 제한적이었다. 금 박막 사이에 소프트 물질인 PDMS (Polydimethylsiloxane) 이 삽입된 샌드위치 구조. 신축 인장하에서 포아송 효과(Poisson's effect)에 의해 터널링 커런트가 증가하면서 높은 음의 저항변화 (절연성 → 금속성) 가 발생한다. 채수상 교수 연구팀은 금속 박막의 임계 전도 두께(percolation threshold thickness) 특성과 신축 시 발생하는 포아송 효과(Poisson effect)를 결합했다. 신축이 가해지지 않을 때는 절연체에 가까운 높은 저항을 유지하다가 신축이 인가되면 소프트 베리어 층의 두께 감소로 인해 금속 박막층 간 터널링 전류(tunneling current)가 증가하도록 설계했다. 이를 통해 현재까지 보고된 바 없는 가장 높은 수준의 음의 저항 변화 차이를 구현했으며, 신축 구동 범위를 130%까지 확대할 수 있었다. 연구를 주도한 채수상 교수는 “소프트 재료의 기본적인 특성을 활용해 기존에 없던 새로운 특성을 가진 신소재를 개발했다”며 “추가 연구를 통해 다양한 응용 분야를 창출할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구 결과는 전력 공급이 어려운 생체 삽입형 센서 및 장기간 스트레인 감지가 필요한 건물 안전 점검 시스템과 같은 분야에서 대기전력이 거의 제로에 가까운 스트레인 센서에 적용할 수 있는 등 다양한 분야에 높은 활용 가치를 인정받고 있다. 실용화를 위해 ㈜미메틱스와의 기술이전 계약 체결을 앞두고 있다.

- 한국기술교육대 에너지신소재공학과 5명, 나노소재 활용 차세대 가스센서 개발- 산업 현장 알코올 감지기 활용성 확대, 심영석 지도교수 “학생 중심 실습 환경 주효” ▲ 한국기술교육대학교 에너지신소재공학과 심영석 교수, 학부생 박준하, 신도현, 이은솔, 염동욱 (상단 왼쪽부터 시계방향으로) 학부생들이 전공 수업에서 배운 내용을 바탕으로 작성한 연구논문이 국제적 학술지에 실려 화제가 되고 있다. 한국기술교육대학교(KOREATECH) 에너지신소재공학과 이은솔·박준하·신도현·염동욱·황승종 5명의 학생이 작성한 ‘첨단 나노소재를 활용한 차세대 가스 센서’ 논문(지도교수 심영석)이 재료과학 및 표면과학 분야 상위 5% 학술지 Applied Surface Science 2월호 온라인판에 게재되었다. 학생들은 2024학년도 1학기 수강한 ‘센서 소자 및 실습’교과목을 통해 최신 반도체 공정 기술과 센서 제작 기술을 직접 익히며, 설계부터 데이터 분석까지 연구 전반을 직접 수행했다. 연구를 통해 개발된 고감도 에탄올 센서는 음주 운전 방지를 위한 차량 알코올 감지기에 적용되어 음식물 섭취, 공기 노출, 습도 등의 오차 발생 요인을 극복하고 기존 대비 10배 이상의 감지 성능을 보인다. 80% 상대 습도 환경에서도 안정적인 응답을 유지하는 것으로 나타났다. 연구진은 경사각 증착(Glancing Angle Deposition, GLAD) 기법을 활용해 나노구조를 형성하고, 플래티넘 박막의 두께(0.5, 1, 2 nm)를 조절하며 최적의 촉매 활성도를 확인한 결과, 1 nm 두께의 Pt 나노입자가 가장 우수 한 성능을 나타낸다는 점을 밝혀냈다 . ▲ Pt 나노입자가 포함된 In₂O₃ 나노막대를 기반으로 한 고성능 에탄올 센서 제작 공정. In₂O₃ 나노막대(NRs) 사이의 좁은 연결부에서 EDL(전자 이중층) 형성을 보여주는 Pt/In₂O₃ 접합의 에너지 밴드 구조. 이 센서는 고습도 환경에서도 안정적으로 동작하며, 높은 선택성을 갖춘 것이 특징. 건설 및 산업 현장의 중장비 조작자, 철도 기관사, 항공기 조종사 등과 같이 알코올 섭취가 치명적인 사고로 이어질 수 있는 직업군에서 차 량 알코올 감지기의 활용 가능성을 더욱 확대할 수 있다. 이번 연구의 주저자인 이은솔 학생은 “논문 작성 과정에서 수많은 시행착오를 겪었지만, 끊임없는 노력과 교수님의 세심한 지도 덕분에 점차 완성도를 높일 수 있었다. 특히, 동료들과의 긴밀한 협력 속에서 연구를 수행한 경험은 매우 값진 배움이 되었다"고 소회를 밝혔다. 강의와 연구를

DSC 공유대학 친환경동력시스템 융합전공에서 주최한 「모빌리티 캡스톤디자인 II 아이디어 경진대회」에서 우리 전공의 권대현 학생이 최우수상을 수상하였습니다. 축하합니다!

영국왕립화학회 발행 "Journal of Materials Chemistry A, B, & C Prize, Materials Horizons Prize" 수상 한국기술교육대학교(총장 유길상, 이하 ‘한기대’) 정재한, 조윤행 에너지신소재화학공학부 학생(지도교수 심영석)이 지난 11월 17일(일)부터 20일(수)까지 일본 기타큐슈에서 열린 '15th Asian Conference On Chemical Sensors(ACCS)' Poster Session에서 영국왕립화학회에서 발행하는 Journal of Materials Chemistry A, B & C Prize와 Materials Horizons Prize를 각각 수상했다. ACCS는 1993년 일본 후쿠오카에서 처음으로 동아시아 화학센서 학술대회라는 이름으로 개최되어 지금까지 이어지고 있으며, 이번 학술대회는 15회를 맞이하고 있다. 한국, 일본, 중국, 대만 및 인도 등을 포함, 12개국이 참가하여 화학센서 분야에 대한 기술 교류가 이루어졌다. 본 학술대회에서 정재한 학생(석사 1학기)은 고온 경사각 증착법(HT-GLAD)을 통해 기존의 한계를 뛰어넘는 결정성, 형상 등을 조절할 수 있는 나노구조체 기반의 고성능 가스 센서에 대한 연구 결과를 발표하였으며, 또한 조윤행 학생(석사 1학기)은 저소비전력으로 구동할 수 있는 광에너지 기반의 고성능 가스 센서를 제작하였으며, NO2를 선택적으로 극저농도까지 감지할 수 있는 상온 구동 센서 연구를 발표해 높은 평가를 받았다. 정재한, 조윤행 학생은 “학부 시절부터 관련 연구를 시작하였고, 학교의 적극적인 지원과 심영석 교수님의 열정적인 지도를 꾸준히 받은 결과, 석사 1학기라는 이른 시점에 값진 성과를 거둘 수 있었다”고 밝혔다.

우리 전공 학생들이 반도체 경진대회에서 우수상과 장려상을 수상하였습니다. 축하합니다!

｜기존 이차전지 보다 두 배 높은 에너지 밀도, 대량생산 적용 가능 한국기술교육대학교는 에너지신소재화학공학부 김석준 교수 연구팀(김태양·임채윤 석사)이 ‘신개념 이차전지용 하이브리드 음극 개발’에 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구는 고에너지 밀도 이차전지의 음극 구조를 설계하고 디자인하는데 새로운 기준을 제시할 것이란 기대를 모은다. ▲ 한국기술교육대학교 김석준 에너지신소재화학공학부 교수 현재 이차전지에 사용되는 흑연 음극 대신 리튬 메탈이 사용된 전지, 혹은 흑연이나 리튬 메탈이 없는 무음극 이차전지 연구가 활발히 진행되고 있다. 이차전지의 무게 및 부피를 줄여 에너지밀도를 높이기 위함이다. 하지만 충전 시 리튬이 음극에 불균일하게 증착되여 전기화학적 안정성이 매우 떨어지며 상용화되기에 아직 부족한 상태다. 김 교수 연구팀은 음극 활물질인 흑연과 구리 집전체가 혼합되어 단일 구조체로 형성된 ‘다공성의 하이브리드 음극 구조’를 제시했다. 연구팀이 개발한 하이브리드 음극은 구조적으로는 90% 구리 분말과 10%의 흑연 분말 및 지르코늄 산화물이 혼합된 복합체이다. 기능적으로는 흑연 음극의 층간 삽입(intercalation) 반응과 무음극의 증착(deposition) 반응 기전이 동시에 작동하는 특징을 갖고 있다. 기존 음극 대비 흑연은 3분의 1만 사용되지만, 용량 및 수명은 기존 음극 대비 월등히 향상되었고, LiFePO4 (LFP) 양극을 사용하여 이차전지 제조 시 부피 에너지 밀도가 흑연 음극을 사용한 이차전지 대비 약 2배 향상되었다. 충전 시 양극에서 오는 리튬 중 일부는 층간 삽입 반응으로 흑연에 저장되고, 일부는 구리 분말 사이의 기공에 증착이 된다. 나머지 일부는 무음극 이차전지와 같이 음극 표면에 균일하게 증착되었다. ▲ 신개념 이차전지용 하이브리드 음극 개발 개념도 기공에 증착된 리튬은 전해질과의 접촉 면적을 최소화시켜 전해질과의 부반응을 줄였다. 집전체 표면의 마이크로미터 (10-6 미터) 크기의 물결 형상 구조는 음극의 표면적을 확장시켜 균일한 리튬 증착을 유도했다. 또 구리 분말의 소결 시 분말과 분말 사이에 형성된 나노미터(10-9 미터) 크기의 neck도 균일한 증착을 유도했다. 이 neck은 음의 곡률 (negative curvature)을 갖고 있어서 리튬이 음극에 증착 시 필요한 과전압을 크게 낮추는 것을 수학적으로 증명했다. 김 교수는 “기존 흑연 음극보다 우수한 성능을 가지면서 에너지 밀도를 향상시킨 연구 결과”라며 “마이크로 및 나노 구조 형상이 최적화된 다공성 복합체 음극을 대량 생산 공정이자 1-step 공정인 스크린 프린팅 기술로 제조했다는 점에서 큰 의의가 있다”고 자평했다. 이어 “스크린 프린팅 기술은 현재 태양전지의 대량 생산에 사용되는 기술로, 이차전지의 대량 생산에도 즉시 적용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 한국연구재단 개인기초연구사업의 지원으로 수행된 이

2024 한국세라믹학회 및 한국센서학회 춘계학술대회서 총 6개 상 (왼쪽부터) 한기대 에너지신소재화학공학부 조윤행, 이지형, 정재한 학사과정생, 박시형, 김선혜 석사과정생 [한국대학신문 이정환 기자] 한국기술교육대학교(총장 유길상, 이하 ‘한기대’) 에너지신소재화학공학부 학부생 및 대학원생이 최근 ‘2024년도 한국세라믹학회 춘계학술대회’와 ‘2024년도 한국센서학회 춘계학술대회’에서 총 6개의 상을 수상했다. 지난 4월 부산에서 개최된 2024 한국세라믹학회 춘계학술대회에서 조윤행 학생(학사과정 4년, 지도교수 심영석)이 ‘저농도의 NO2 감지를 위한 3차원 다공성 TiO2 기반의 광활성 센서’의 논문 주제로 최우수 양송 포스터상을 수상했다.이 논문은 소비전력을 낮추기 위해 기존의 히터(열에너지)를 대체하는 LED(광에너지)를 사용하여 NO2를 선택적으로 저농도까지 감지할 수 있는 상온 구동 센서를 연구해 높은 평가를 받았다. 같은 학술대회에서 박시형 학생(석사과정 3학기, 지도교수 심영석), 김선혜 학생(석사과정 2학기, 지도교수 김영철), 이지형 학생(학사과정 4년, 지도교수 나윤채)이 우수 포스터상을 수상했다. 이와 더불어 4월 대전에서 개최된 한국센서학회 춘계학술대회에서도 조윤행 학생과 정재한 학생(학사과정 4년, 지도교수 심영석)이 우수 발표 논문상을 수상했다. 조윤행 학생은 지난해 추계학술대회에서도 우수 발표 논문상 수상을 받은 바 있다.수상자들은 “지도교수님들과 학부의 끊임없는 도움과 지원 덕분에 깊은 성장과 학문적 발전을 이룰 수 있었다”고 밝혔다. 학생들의 연구는 한국연구재단의 신진연구지원사업, 기본연구사업, 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업, 한기대 공용장비센터 지원으로 수행됐다. 출처 : 한국대학신문 - 411개 대학을 연결하는 '힘'(https://news.unn.net)

-커피 찌꺼기로부터 그래핀을 코팅한 전극소재기술, 연료전지 및 배터리 적용 한국기술교육대는 29일 에너지신소재화학공학부 조현빈 학생 등 6명이 2024 수소 및 신에너지학회 춘계학술대회'에서 우수 논문상을 수상했다고 밝혔다. 수상 논문은 '폴리올 공정으로 제조된 Pt/SiC-graphene 촉매의 내구성 및 전기화학적 성능 평가'로 자체 개발한 '커피 찌꺼기를 원료로 한 그래핀 코팅 기술'을 연료전지와 배터리 등의 전극 소재에 적용하기 위한 제조공정을 최적화하고 내구성을 평가했다. 연료전지 촉매로 적용하기 위해서는 나노 입자의 코팅 공정을 설계, 최적화하고 내구성을 평가한 점에 높은 평가를 받았다. 이번 연구는 배터리의 전극 소재에 그래핀을 코팅하는 연구에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.최순목 교수는 "전기차용 전기 기술의 경우 다른 전자제품보다 고내구성을 요구하고 신뢰성 검증 과정이 필요해 진입 장벽이 높은데, 앞으로도 학생들과 지속적인 연구개발을 통해 전지 기술 분야의 발전에 기여하고 소재 기업으로의 기술 이전도 계획 중"이라고 말했다. 조현빈 학생은 "교수님과 대학원생의 지도 아래에서 전문적인 연구를 진행해 좋은 결과를 낼 수 있었다"며 "추후에도 연료전지 및 배터리 관련 연구를 통해 유의미한 성과를 거두고 싶다"며 소감을 전했다./천안=김병한기자 출처 : 충청일보(https://www.ccdailynews.com)

- 고무처럼 늘어나고 금속처럼 전기가 잘 통하는 신축 전극 소재 개발 한국기술교육대학교(총장 유길상, 이하 한기대) 에너지신소재화학공학부 채수상 교수 연구팀이 주도한 국제 공동 연구팀이 뇌주름과 같이 소재의 표면적을 증가시킨 독특한 나노구조를 통해 고무처럼 잘 늘어나면서 금속만큼 전기가 잘 통하는 내구성 높은 신축 전극 소재를 개발 했다고 24일 밝혔다. 최근 전자피부, 웨어러블 로봇 등 착용형 전자기기 개발이 활발하다. 피부를 닮은 전자피부나 촉각센서, 잘 구부러지는 디스플레이를 만들기 위해서는 전기가 통하면서도 유연한 소재가 필수적이다. 하지만 이런 신축성 전극 개발에서 금속 물질과 고무와 같은 탄성체 간 반발력에 의해 서로 섞이지 않아 재료적 한계가 있었다. 채수상 교수 연구팀은 ‘속도론적 방법’이라는 새로운 접근으로 이 문제를 해결했다. 열역학적으로 섞이기 싫어하는 금속과 탄성체를 섞어서 각각의 물질 고유 특성을 유지하는 나노구조체 신소재를 개발했다. 연구팀은 고무 탄성체 기판 위에 금속 박막을 증착 하는 시스템에서, 고무와 금속 각각 물질들의 증착 속도를 조절하는 방식으로 화학 반응을 통제했다. 고무 분자들의 이동속도와 증착되는 금속 원자들의 증착 속도 간의 상대적 차이를 조절, 나노니들 형태의 금속구조체들이 매우 조밀하게 연결된 금속-탄성체 나노상을 만드는데 성공했다. 또한, 이렇게 고무 탄성체 기판 표면에 형성된 ‘금속-탄성체 나노상’은 기판과 계면 사이의 큰 기계적 불안정성을 유도해 증착이 끝난 후, 수 시간에 걸쳐 마치 뇌주름과 같은 형태의 표면 주름이 형성되는 것도 관찰했다. 이는 표면적이 높아지는 효과를 얻는 동시에 ‘금속-탄성체 나노상’내부의 특이한 나노구조를 통해, 기계적·화학적·열적 측면에서 기존 재료에서 보기 힘든 정도의 높은 내구성을 보였다. 이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월 9일 게재되었다. 연구를 주도한 채수상 교수는 이번 연구성과에 대해 “유리와 실리콘 기판처럼 딱딱한 기판과는 다른, 소프트 기판 표면의 특이성에 착안하여 기존 신축성 전극이 가질수 없었던 매우 뛰어난 내구성을 가진 신축 전극 소재를 개발 하였고, 이를 바탕으로 차세대 웨어러블 의료 및 전자기기나 VR과 같은 응용 분야의 전극소재로 널리 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. Copyright ⓒ 조선일보 & Chosun.com

이규만 한국기술대 교수(왼쪽)가 산업통장자원부 장관 표창을 전달받고 있다./사진제공=한국기술교육대 한국기술교육대학교는 이규만 교수가 산업통장자원부 장관 표창을 받았다고 3일 밝혔다.이 교수는 '스마트제조 고급인력 양성사업단' 총괄 책임자로서 2023년 국가 산업발전 분야에서 산업단지 발전에 기여한 공로를 인정받아 충청지역 대표로 수상했다. 핵심인재 양성, 애로기술 해결, 성과 재창출, 취업연계 등 지역 산업 경쟁력 강화를 위한 산학연 협력 및 지속가능한 거버넌스 체계를 구축한 점이 높은 평가를 받았다. 이 교수는 "앞으로도 급변하는 경제환경 속에서 지역사회와의 협력을 통해 기업들의 다양한 문제를 해결할 수 있는 체계적인 지원에 힘쓰겠다" 고 말했다.'스마트제조 고급인력 양성사업'은 산업통상자원부가 주관하고, 충청남도, 천안시, 한국산업단지공단이 지원하는 사업이다. 지난해 5월부터 천안·아산 산업단지 내 입주기업 재직자를 대상으로 교육과 애로기술 지원 등 다양한 사업을 펼치고 있다.

세계 최초로 음극재 소재에 금속유리 적용해 에너지 밀도 향상 금속유리 코팅 유무에 따른 증착된 리튬 증착 형상차이 모식도. 사진=김석준 한국기술교육대 교수 국내 연구진이 세계 최초로 금속유리를 이용한 이차전지 음극 소재를 개발해 배터리 성능을 획기적으로 높일 수 있게 됐다. 한국연구재단(이사장 이광복)은 김석준 한국기술교육대 교수 연구팀이 금속유리를 이차전지 집전체와 리튬 음극 표면에 코팅해 무음극 및 리튬메탈 이차전지 수명을 향상하는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 전기차와 친환경 모빌리티 등 이차전지 수요 증가로 현재 가장 많이 사용하는 리튬이온 전지보다 용량이 크고 충전이 빠른 차세대 이차전지 필요성이 높아지고 있다. 특히 배터리 에너지 밀도를 높이기 위해 부피와 무게를 많이 차지하는 음극재를 없애거나 기존 음극재 소재인 흑연을 리튬메탈 등으로 대체하는 기술 연구가 활발하다. 다만 리튬메탈이 지속해서 전해질에 노출되고, 전해질과 부반응으로 인한 리튬 소모로 전지 수명이 단축된다는 단점이 있다. 연구팀은 유리처럼 무질서한 원자 배열구조를 가진 합금인 금속유리가 이차전지에서 최적의 코팅 물질임을 규명했다. 금속유리가 액체와 유사하게 원자 배열에 규칙성이 없어 결함이 매우 적기 때문에 균일한 표면을 갖고 내부식성 또한 매우 우수하다는 점에 주목했다. 이 물질을 집전체 및 리튬메탈 음극 표면에 코팅함으로써 충전 시 균일한 리튬 증착을 유도했으며, 그 결과 충전된 리튬과 전해질 간 접촉면적을 최소화해 셀 성능을 향상하는 데 성공했다. 또 금속유리는 우수한 내산화성으로 산화와 환원 반응이 활발히 일어나는 이차전지 내에서 리튬메탈 음극 보호막 역할을 해 전해질과 부반응을 억제, 셀 수명을 획기적으로 끌어올렸다. 김석준 교수는 “현재 상용화된 이차전지를 제조하는 환경에서도 금속유리가 코팅된 리튬메탈을 적용할 수 있다”며 “리튬메탈 이차전지의 양산화에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구성과는 표면 및 계면 분야 국제학술지 스몰(Small)에 지난 8일 실렸다. 출처: 전자신문 이인희 기자 leeih@etnews.com

한국기술교육대, 커피찌꺼기로 수소차 연료전지용 소재 개발 한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부 최순목 교수 연구팀이 수소전기차 연료전지의 촉매 지지체용 고내구성 신소재를 개발하였다고 15일 밝혔다. 연료전지란 수소와 산소의 전기화학반응으로 발생한 전기를 이용하는 친환경 에너지 시스템으로 수소전기차인 넥쏘에 적용된 바 있으며, 촉매 지지체는 수소전기차용 연료전지의 전기화학반응에서 사용되는 백금 촉매를 지지하면서 전극의 역할을 하는 핵심 나노소재를 말한다. 여기서 촉매 지지체를 사용하지 않으면 백금 사용량이 급격히 증가하므로 견고한 지지체의 사용은 매우 중요하다. 상용차를 중심으로 수소전기차의 시장이 확대됨에 따라 발전효율과 더불어 소재들의 내구성 향상도 함께 요구되고 있는데, 그중에서도 연료전지용 촉매 지지체의 내구성이 핵심적으로 중요하다. 현재 사용되는 탄소 지지체보다 고온 내구성이 우수한 탄화규소소재를 전극 지지체에 적용하려는 연구가 시도되었으나, 탄소 대비 낮은 전기전도도로 인해 어려움이 있었다.최순목 교수 연구팀은 탄화규소 지지체 표면에 그래핀을 코팅하여 전기전도성을 향상시키는 기술을 개발하였다. 이 공정에서 연구팀은 한기대 교내 까페에서 버려지는 커피 찌꺼기를 그래핀 코팅층의 원재료로서 활용하는 자원순환형 원천기술을 개발하여 친환경적이고 동시에 경제적인 코팅기술을 개발하였다. 이 기술은 특허 등록을 마친 상태이다. 이후 수소전기차용 연료전지 전문 연구기관인 세라믹기술과 공동연구를 진행하여 그래핀 코팅된 탄화규소 지지체를 적용한 연료전지가 기존의 탄소 지지체를 활용한 연료전지에 비하여 3배 이상의 내구성이 향상된 결과를 얻었다.해당 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원 사업의 지원을 받았으며 미국화학회에서 발간하는 에이씨에스 어플라이드 에너지 머터리얼스 4월호(온라인) 표지논문에 선정되어 등재된 바 있다.연구책임자인 최순목 교수는 “상용차용 수소전지는 승용차용 수소전지보다 더 강화된 내구성이 요구되는 분야”라며 이번에 개발된 기술은 내구성 확보뿐만 아니라 “원재료부터 코팅 기술까지 저비용 공정으로 개발된 자원순환형 기술이기에 더 강점이 있다”고 말했다. 논문의 제1저자인 김병근 박사는 “이번에 개발된 자원순환형 그래핀 코팅 기술은 수소전기차용 연료전지 기술 외에 이차전지를 포함한 다른 신재생 에너지 기술에도 적용이 가능하여, 향후 원가절감과 내구성 향상에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다. 중앙일보 서명수 기자 seo.myongsoo@joongang.co.kr

"금속과 전기전도도 같으며 내구성은 높은 산화물 전극 개발" (천안=연합뉴스) 이은중 기자 = 한국기술교육대는 최순목(에너지신소재화학공학부) 교수 연구팀이 상온에서 금속과 같은 전기전도도를 나타내면서 내구성은 더 우수한 산화물 전극 소재를 개발했다고 15일 밝혔다. 최 교수에 따르면 인공지능과 전기자동차 등 기술의 발전에 따라 '효율'과 '고은 내구성'이 우수한 전자부품의 개발이 요구된다. 전기전도도가 탁월한 신소재를 개발할 필요성이 커지는 이유다. 지금까지 고전도성 소재는 대부분 금속 소재에 한정돼 있는데, 금속 소재는 고온 안정성, 내산화성, 내상성이 떨어지는 특성이 있다. 특히 차량용 전자부품의 경우 신뢰성 검증 과정으로 인해 단기간에 시장 진입이 어려운 실정까지 더해 부품의 고집적화에 따른 효율과 고온 내구성이 우수한 전자부품 개발의 필요성에 따라 전기전도도가 우수한 전극 소재의 개발이 요구된다. 연구팀은 세라믹기술원 등과 공동 연구로 칼슘바나듐옥사이드(CaVO3-δ)계 페롭스카이트 산화물 소재에서, 전기전도도는 상온에서 티타늄(Ti) 금속만큼 우수하며, 금속 전극과는 다르게 산소 분압이 높은 산화 분위기부터 수소 분압이 높은 환원 분위기까지 광대역에서 전기전도도가 동일하게 유지되는 내구성을 확보하는 결과물을 개발했다. 최 교수는 "이 결과물은 자동차용 연료전지의 전극 소재에 적용하면 원가절감과 내구성 향상을 기대할 수 있으며, 고온 연료전지에 응용하면 기존 전극 대비 매우 우수한 전기전도도 성능 향상이 기대된다"고 설명했다.아울러 "전 세계 11조 이상 시장이 형성된 적층세라믹콘덴서(MLCC)의 내부 전극에 첨가될 경우 기존 첨가제 대비 높은 전기전도도로 인해 축적기 용량의 증가 효과를 기대해 볼 수 있고, 산화물 특유의 투명한 성질을 구현한다면 디스플레이용 투명도전막 소재에도 응용 가능성이 있는 핵심 전극 소재가 될 것으로 기대한다"고 밝혔다. 이 연구는 '스크립타 머티리얼리아' 올해 3월호에 실렸다. jung@yna.co.kr

[천안=뉴시스] 이종익 기자 = 한국기술교육대학교(총장 이성기)는 에너지신소재공학부 김석준 교수 연구팀이 물리적 기상 증착법(PVD)인 '스퍼터링(sputtering)' 공정으로 이차원 소재인 금속성 PdTe2 물질을 음극 집전체에 코팅해 무음극 이차전지 개발에 성공했다고 13일 밝혔다. 한기대에 따르면 이번 개발은 보다 가볍고 부피가 작은 이차전지의 성능을 향상시켜 반도체 제조 공정의 핵심 공정 중 하나인 무음극 이차전지의 대량생산과 상용화에 도움이 될 것으로 기대된다. '스퍼터링' 공정은 진공에서 플라스마를 발생시켜 이온화한 아르곤 등의 가스를 가속해 타깃에 충돌시켜 목적의 원자를 분출, 그 근방에 있는 기판에 막을 만드는 방법이다. 현재 상용화된 이차전지는 분리막을 사이에 두고 양극과 음극으로 이뤄져 있다.반면 이번에 개발한 무음극 이차전지는 음극 물질이 없는 구조로, 무게가 가볍고 부피가 작아 기존 이차전지 대비 에너지 밀도가 높은 장점이 있다.연구팀은 이차원 소재인 'PdTe2' 물질이 현재 양극으로 사용되는 Li(NixMnyCoz)O₂와 음극으로 사용되는 흑연(graphite)이 원자구조가 유사한 층상구조를 지니고 있으며, 리튬 이온과의 삽입, 합금, 전환 반응이 용이하다는 점을 이용했다.그결과 충전 시 15nm의 PdTe2가 코팅된 집전체 위에 균일한 리튬 금속의 성장을 유도해 무음극 이차전지의 성능을 향상시켰다. 연구 책임자인 김석준 교수는 "최근 MoS2, MoSe2 등 반도체성 이차원 소재가 반도체-디스플레이 등 다양한 디바이스의 응용 재료로서 활발하게 연구되고 있지만 금속성 이차원 물질이 무음극 이차전지에 응용된 연구는 이번이 처음"이라고 설명했다. 해당 연구는 한국연구재단과 미국 공군과학연구단(AFOSR, Air Force Office of Scientific Research)의 지원을 받아 진행됐으며, 연구결과는 '높은 수명의 무음극 이차전지용 PdTe2 이차원 물질이 코팅된 집전체(2D PdTe2 Thin-Film-Coated Current Collectors for Long-Cycling Anode-Free Rechargeable Batteries)' 제목으로 미국 화학회(ACS)가 발행하는 'ACS 응용물질 및 계면(ACS Applied Materials ＆ Interfaces)' 4월 호의 표지논문에 게재됐다. ◎공감언론 뉴시스 007news@newsis.com

[천안=뉴시스] 이종익 기자 = 충남 천안의 한국기술교육대학교는 에너지신소재화학공학부 김석준 교수(44)가 미국 공군과학연구단(AFOSR, Air Force Office of Scientific Research)으로부터 이차전지용 리튬 금속 음극재 개발을 위한 연구프로젝트를 수주했다고 14일 밝혔다. 김 교수는 미국 공군 과학연구단의 아시아 지부(AOARD, Asian Office of Aerospace Reserach and Development)로부터 6만 달러의 연구비를 지원받게 된다. 리튬금속은 기존 이차전지의 음극으로 사용되는 흑연 대비 용량이 10배 이상 높고, 낮은 화학 전위와 밀도로 이차 전지 음극으로 가능성이 매우 큰 물질이지만, 충·방전 시 안전성 확보에 어려움 등이 단점으로 꼽힌다. 김 교수는 현재 음극으로 사용되는 흑연을 리튬 금속으로 대체한 이차전지 개발을 위한 연구를 수행하게 된다. 김 교수는 "현재 상용화된 이차전지의 성능 및 수명 증가를 위해 리튬 금속 표면처리와 리튬 복합체 개발 연구를 진행할 예정"이라고 말했다. ◎공감언론 뉴시스 007news@newsis.com

관련 논문 사이언티픽 리포츠 게재나노소재 상용화, 대량생산 길 열어 코리아텍 최순목 교수팀(에너지신소재화학공학부)과 한국세라믹기술원이 세계 최초로 ‘그래핀 나노볼’의 대량생산 공정을 개발한 공동논문이 과학저널 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠 (Scientific Reports)’ 온라인 판에 지난 23일 게재됐다. 25일 코리아텍에 따르면 최교수 팀 등은 제목‘One-step growth of multilayer-graphene hollow nanospheres via the self-elimination of SiC nuclei templates (SiC(탄화규소) 탬플릿의 자연소멸을 통한 속이 빈 다층 그래핀 나노볼의 원스텝 성장)’논문을 발표했다. 논문은 그래핀 나노볼을 기존의 복잡한 제조방법과 달리 원스텝 공정으로 대량생산이 가능하다는 것을 규명했다. 현재 그래핀 나노볼 제조기술은 니켈 등의 금속소재로 템플릿을 만든 뒤 그 위에 코팅된 그래핀을 만든 이후 템플릿을 제거해야 하는 복잡한 공정을 거쳐야 한다. 최 교수팀 등이 개발할 공정은 템플릿이 제거과정 없이 스스로 사라지게 했다. 신기술 개발로 세계 최초의 원스텝 공정과 대량생산이 가능해 졌다. 그래핀은 강도와 열전도성이 높고 전자이동이 실리콘보다 100이상 빠른 두께 0.2㎚의 초박형 소재다. 2004년 영국 연구팀이 상온에서 투명테이프를 이용하여 흑연에서 그래핀을 떼어 내는 데 성공, 2010년 노벨 물리학상을 받은 차세대 전자소자 재료다. 한국일보 이준호 기자 junhol@hankookilbo.com

한국기술교육대학교(코리아텍)는 에너지신소재화학공학부 최순목 교수(48·사진)가 최근 세계 3대 인명사전인마르퀴즈 후즈 후에 등재 됐다고 12일 발표했다.최 교수는 최근 ‘그래핀 나노볼 대량생산 원스텝 공정’ 개발에 관한 논문이 네이쳐(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Report) 저널에 게재를 앞두는 등, 지금까지 에너지신소재 분야에 140편 이상의 논문을 발표했다.최 교수의 활발한 국제학회활동도 등재에 도움이 됐다.그는 국제재료학회(MRS), 미국세라믹학회(A.Cer.S.), 국제열전학회(ITS) 회원으로 활동하고 있으며, 한국전기전자재료학회 논문 편집위원으로 활동 중이다. 최 교수는 삼성전기와 펜실베니아주립대학, 한국세라믹기술원을 거쳐 현재 코리아텍까지 다양한 산·학·연 연구직에 재직하는 동안 ‘압전 발전소재’와 ‘열전 발전소재’, ‘고온연료전지 소재’ 등 에너지신소재 분야에 대해 지속적으로 연구해 오고 있다.한국경제 임호범 기자 lhb@hankyung.com