◇ 박남규 교수 연구팀, 수분 안정성 획기적으로 높인 태양전지 개발

성균관대 화학공학과 박남규 석좌교수(성균에너지과학기술원장)와 마춘칭 박사는 화학공학과 권석준 교수, 그랏첼 스위스 로잔연방공대 교수와 함께 페로브스카이트 크리스탈 패싯에 따른 수분 안정성 차이점을 발견하고, 수분에 가장 안정적인 패싯을 위주로하는 필름 제작에 성공했다고 13일 밝혔다. 이 연구 결과는 사이언스지(Science)에 발표됐다.

태양전지용 페로브스카이트 광흡수층은 간단한 용액공정을 이용해 150도 이하의 비교적 낮은 온도에서 제작할 수 있다. 박 교수 연구팀은 첨가제 공법을 이용해 (100)과 (111) 결정 패싯이 잘 발달된 페로브스카이트 필름을 제작하는데 성공했는데, 이번에는 수분 안정성이 패싯에 따라 달라진다는 걸 새롭게 알아냈다. 결정 패싯은 원자의 배열이 공간적으로 반복된 패턴을 가지는 결정에서 기하학적 모양의 평평한 면을 말한다.

◇ 韓·中 연구팀. 30여년간 못했던 '오목한 탄소 소재' 합성 성공

한국과 중국 공동연구팀이 음의 곡률을 가져 오목한 형태를 띠는 새로운 탄소 소재를 개발하는데 성공했다. 이 소재는 상온에서는 반도체, 저온에서는 금속의 성질을 갖는다. 이론으로만 예측됐던 이상적인 물질인 '탄소 슈왈차이트'의 실현 가능성도 확인했다.

기초과학연구원(IBS)은 로드니 루오프 다차원 탄소재료 연구단장(울산과학기술원(UNIST) 특훈교수)팀이 중국 과학기술대와 공동으로 새로운 탄소 소재 '장주기 규칙성을 갖는 다공성 탄소(LOPC)'를 합성하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

연구팀은 풀러렌을 이용해 새로운 탄소 소재를 합성했다. 분말 형태의 풀러렌을 알파리튬질소화합물(α-Li3N)과 혼합한 뒤 550도까지 가열하자 풀러렌 속 탄소 간의 결합이 일부 끊어지고 인접한 풀러렌끼리 결합하며 연결됐다. 가위로 축구공을 자른 뒤 여러 개 이어 붙인 구조와 유사하다.

◇ QLED안정성 기술개발로 ‘자발광’ 화면 상용화 앞당겨

한국에너지공과대학교(KENTECH)의 이승진 교수 연구팀과 캐나다 토론토 대학의 사전트 교수 연구팀이 공동연구를 통해 꿈의 디스플레이로 꼽히는 QLED (양자점발광다이오드)의 안정성을 향상하는 기술을 개발해 자발광 QLED 디스플레이의 상용화를 앞당길 것으로 기대되고 있다.

현재 QLED의 정공주입층으로 활용되는 전도성 고분자 PDOT:PSS는 산성 특성이 있어 디스플레이 패널 제작을 위한 핵심요소인 투명전극(ITO, Indium Tin Oxide)을 부식시키고 소자의 안정성을 떨어뜨리기 때문에 새로운 정공수송물질의 개발이 필요하다.  

이를 해결하기 위해 이승진 교수 연구팀은 기존 QLED에 활용하던 전도성 고분자를 대체하는 무기물 기반의 니켈 산화물을 합성하고 니켈 산화물 표면에 자기조립 단분자막을 형성해 안정적이면서 효율적인 정공주입이 가능한 정공수송물질을 개발했다.

◇ 전남대 연구팀 '세계 최고 효율' 박막태양전지 기술 개발

전남대학교는 허재영 교수 연구팀이 황화-셀렌화 주석 화합물 (SnSSe) 합성을 통해 우수한 특성을 갖는 박막태양전지 제작에 성공했다고 11일 밝혔다. 연구팀은 증기 이송 증착법(vapor transport deposition)이라는 단순하고 경제적인 방법을 활용해 최고 3.75%의 광변환 효율을 얻어냈다. 

황화-셀렌화 주석 화합물 기반 박막태양전지 중 세계 최고 효율이라는 것이 연구팀의 설명이다. 특히 황화 주석 (SnS)과 셀렌화 주석 (SnSe) 전구체를 활용해 음이온 조성 제어 연구를 수행, 황과 셀레늄의 비율이 7대 3일 때 최적의 특성을 나타냄을 밝혀냈다.

◇ GIST 연구팀, 전기차 주행거리 1.5배 늘린 리튬배터리 개발

GIST(광주과학기술원)는 신소재공학부 엄광섭 교수 연구팀은 리튬이 존재하지 않는 바나듐 산화물을 양극 소재로 활용해 기존 배터리 대비 약 1.5배 증가된 용량을 갖는 리튬 배터리를 개발했다고 9일 밝혔다.

연구팀은 기존의 수열합성법에 결정 성장 억제제를 첨가하고 이후 열처리를 진행하는 새로운 합성법을 이용해 나노플레이트가 적층된 계층 나노구조의 바나듐 산화물 양극 소재를 개발했다. 

개발된 바나듐 산화물 소재는 구조 내부의 빠른 리튬이온 이동 통로를 효과적으로 제공하고, 리튬이온 이동 거리를 감소시켜 빠른 충·방전 전류 조건에서도 높은 용량 확보가 가능하다. 이와함께 견고한 계층 나노구조는 충·방전 과정 동안 안정적으로 구조를 유지하게 해준다.

연구팀이 개발한 양극 소재는 기존의 1차원 나노구조 바나듐 산화물 대비 1.5~2배 이상의 증가된 에너지 저장 용량을 나타냈다. 

◇ 우주 태양광 발전 시작되나… 美연구팀 실증연구 돌입

우주에 태양전지판을 띄워 전력을 생산하고 지구로 전송하는 연구가 시작됐다. 우주 태양광 발전 실험이 성공하면 기상이나 밤낮에 관계없이 태양광 발전이 가능한 시대가 앞당겨질 것으로 기대된다.

미국 캘리포니아 공대(칼텍)는 지난 3일(현지 시간) 스페이스X의 발사체에 ‘우주 태양광 전력 실험장치(SSPD)’를 실어 우주로 발사했다. 칼텍 연구진은 이 장치로 앞으로 6개월간 우주 태양광 발전 기술을 시험할 예정이다.

칼텍 연구진이 개발한 SSPD는 총 3개의 실험 장치로 구성돼 있다. 태양전지판을 펼치고, 위성의 자세를 제어하는 ‘돌체(DOLCE)’ , 무선 전력 송신 장치인 ‘메이플(MAPLE)’과 시험용 태양전지 32종 중 발전 효율이 우수한 것을 선별하는 ‘알바(ALBA)’가 있다.

◇ 생활 마찰에서 전기에너지 뽑아내는 ‘첨단 신축 센서’ 국내 연구진이 개발

대구경북과학기술원(DGIST)은 이주혁 에너지공학과 교수 연구팀이 움직임이 많은 일상생활에서 활용할 수 있는 ‘신축성 마찰대전 센서’를 개발했다고 12일 밝혔다. 마찰대전 발전소자는 마찰에서 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 바꿔주는 센서다. 최근 스마트워치와 같은 웨어러블 기기를 착용하는 경우가 늘면서 마찰대전 발전소자는 기기에 전력을 공급할 새로운 방법으로 주목받고 있다.

연구팀은 그래핀 전극과 폴리염화비닐-겔(PVC-gel)을 이용해 이번 센서를 개발했다. 그래핀 전극은 전기가 잘 통하면서 강도와 유연성이 모두 높아 휘어지는(플렉서블) 디스플레이 주요 재료로 쓰인다. 폴리염화비닐-겔은 단단한 플라스틱인 PVC와 이를 유연하게 만들어주는 가소제를 첨가해 만든 물질이다.

◇ 중앙대 유영재 교수팀, 전기차 발열 잡는 랩핑 필름 소재 개발

중앙대는 첨단소재공학과 유영재 교수 연구팀이 한국화학연구원 김용석 박사 연구팀과 공동 연구를 진행한 끝에 수송기기 랩핑 필름용 수동복사냉각 소재를 개발하는 데 성공했다고 11일 밝혔다. 

수동복사냉각 소재는 열은 방출시키고 태양 빛은 반사해 물체 표면 온도를 냉각시키는 소재로 플랑크 법칙에 따라 모든 물체가 자발적으로 전자기복사를 방출하는 원리를 활용했다.

연구팀은 현재 수송기기용 랩핑필름으로 널리 사용되고 있는 '열가소성 폴리우레탄(ThermoplasticPolyurethane, TPU)'에 주목했다. 간단한 공정을 통해 효율적인 태양광 반사와 적외선 복사가 가능하도록 바이모달 구조를 갖는 다공성 TPU 필름을 설계했다. 바이모달 기공 구조 제어를 통해 TPU 필름의 광학 특성을 조절한 결과 수동복사냉각 효과가 뛰어난 신소재를 개발하는 데 성공했다.

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◇ 전기연, ESS 산업 이끌 '레독스흐름전지' 신기술 개발

박준우 박사(전기연 차세대전지연구센터)팀과 박민준 부산대 교수팀은 바나듐보다 저렴하고 풍부한 망간과 아연을 전해질 소재로 사용하면서도 더 뛰어난 성능을 보이는 레독스 흐름전지를 개발했다.

레독스흐름전지(Redox Flow Battery)는 환원(Reduction), 산화(Oxidation), 흐름(Flow)의 단어를 합성한 용어다. 기존 이차전지와 달리 화학적 반응이 일어나는 부분과 전기를 저장하는 부분을 구분해 추력과 용량의 독립적인 설계가 가능하고, 전지의 대용량화가 가능하다.또한 배기가스를 배출하지 않고, 화재·폭발 위험도 없어 ESS용으로 각광받고 있는 차세대 전지다.

전기연-부산대 연구팀이 활용한 망간과 아연은 상대적으로 저렴하고, 수급도 안정적이다. 특히 하이브리드형 레독스흐름전지는 독특한 이중 이온교환막 구조로 구성돼 알칼리성의 아연 전해액과 산성의 망간 전해액을 동시에 사용이 가능하고, 높은 전위차를 기대할 수 있다.

◇ "항균성·재생효과 높인 치과용 새 시멘트 개발"

연세대 치과대학 교정과학교실 최성환 교수 연구팀은 기존 치과용 시멘트의 한계점을 보완해 세균 저항성을 높인 치아 수복재료를 개발했다고 9일 밝혔다.

현재 가장 많이 쓰이는 시멘트는 충치 예방 효과를 내는 이온 방출형 '글래스 아이오노머'(glass ionomer)와 강도가 높아 오래 사용할 수 있는 '레진'(resin)의 장점을 결합한 형태다.

하지만 이 시멘트는 사용 후 이온 방출량이 현격히 줄어들고, 재료 표면에 세균이 번식하면서 충치가 생기는 이차 우식증도 쉽게 발생했다고 연구팀은 지적했다.

연구팀은 이런 단점을 개선하기 위해 기존 시멘트 성질을 바꿀 수 있는 개질제(α-mZM)를 섞어 새로운 재료를 만들었다.