◇ 경남대 연구팀, 양자배열로 양자에너지 실용화 가능성 확인

경남대학교는 소속 양자 연구팀이 최근 '양자배열(양자물리학의 양자적 자기해석 배열)을 통한 양자발전기술' 연구로 양자에너지 발전의 실용화 가능성을 발견했다고 20일 밝혔다.

연구팀인 '경남대 유토피아 프로젝트팀'은 양자 다이나모(자기장 안에서 운동하는 도체에 발생하는 기전력을 이용해 전기를 일으키는 장치)의 양산화 가능성에 대한 응용 실증·실용화 등을 연구해왔다. 

2021년에는 '양자요동에 의한 자기증폭발전시스템 연구개발' 논문을 발표한 바 있다.

양자 기술은 양자의 물리적 특성을 활용해 기존 한계를 뛰어넘는 획기적 기술로 평가받는다. 이를 활용한 양자컴퓨터 프로세서의 경우 데이터를 동시다발로 처리할 수 있어 현존하는 전통 컴퓨터로는 결코 해결할 수 없는 문제를 풀 수 있다.

◇ 세계 최고 수준의 유기 열전 에너지 변환 기술 개발

19일 아주대학교는 김종현 교수(아주대 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과) 연구팀이 새로운 고분자 소재와 혼합용매 도핑 공정을 이용해 세계 최고 수준의 고성능 열전에너지 변환 소자를 개발했다고 밝혔다.

해당 내용은 ‘공액 고분자의 전기 전도도와 열전 변환 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 도핑 효율 최적화 공정’이라는 제목으로 에너지 분야 국제 학술지 ‘줄(Joule)’의 18일자에 게재됐다. 줄은 생명과학 분야 저명 학술지 ‘셀’을 펴내는 미국 셀 출판사(Cell press)의 저널이다.

김종현 아주대 교수는 “이번에 개발한 혼합 용매 도핑 공정은 방법이 매우 간단하면서도 고분자의 전기 전도도와 열전 에너지 변환 출력, 안정성 등을 동시에 최적화할 수 있는 혁신적 기술”이라며 “이미 상용화된 다양한 p형 및 n형 고분자들과 도판트들에 대해서도 범용성을 가짐을 검증했기에, 웨어러블 기기의 전극 소재 등 고출력 유기 열전 소자의 개발에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

◇ UNIST, 인공위성·기상자료 조합한 산불 탐지기술 개발

UNIST는 지구환경도시건설공학과 임정호 교수팀이 인공위성 자료와 기상 예보에 사용되는 수치모델 자료를 융합해 '다양한 환경 변화에 대응 가능한 산불 탐지기술'을 개발했다고 19일 밝혔다.

이와 함께 인공위성과 수치모델 자료를 독립적으로 추출해 조합할 수 있는 이중 모듈 신경망 구조의 딥러닝 모델도 제안했다.

연구팀은 인공위성 자료에만 의존하던 기존의 형식에서 벗어나 기상 예보에서 사용되는 수치모델 자료와의 융합을 시도했다. 수치모델 자료는 상대 습도, 지표면 온도, 위성 관측각 등의 정보를 전송하는데 이같은 다양한 자료를 접목해 목표 지역의 환경과 관측 조건을 계산했다.

특히 인공위성에서 주로 활용되는 변수들과 수치모델에서 제공되는 정보의 서로 다른 특성을 학습하기 위해 이중 모듈 신경망 모델을 개발했다.

◇ 전남대 이윤성 교수팀, 나트륨 이차전지 효율 높이는 기술 개발

전남대학교는 이윤성 화학공학부 교수 연구팀이 차세대 나트륨 이차전지 효율을 높이는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 

이 교수팀은 기존 나트륨 이차전지에서 야기되는 여러 문제를 개선할 수 있는 in-situ 표면 개질 기술을 통해 일련의 하이브리드 (유/무기)형 나트륨 이온 전도성 계면(물질의 경계층)을 제안했다. 

연구팀은 나트륨 금속 음극 근처에 Na-In, Na-Bi, Na-Zn, Na-Sn 하이브리드 전도성 계면을 형성하게 되면 금속과 전해질 사이의 상간 저항을 줄일 수 있고, 이렇게 제안된 4개의 전도성 층간 상은 높은 전류와 용량의 변화에도 균일한 나트륨 이온 증착을 효과적으로 조절할 수 있음을 밝혀냈다.

이러한 다기능 하이브리드 인터페이스는 유/무기 성분을 모두 포함하고 있어 나트륨 이온의 빠른 이동을 원활하게 하고, 나트륨 덴드라이트(전지 내 금속 응고) 성장을 억제할 수 있다. 또한 높은 기계적 안정성을 가지고 있어 자연 상태의 나트륨보다 매우 향상된 전기화학 성능을 제시했다. 

◇ 한국전기연구원 새 열전발전 기술개발 성공

한국전기연구원(KERI) 연구팀이 우주 탐사선의 핵심인 원자력전지 성능을 높일 수 있는 '신 열전효율 공식 및 고효율 적층형 열전발전소자'를 개발했다. 박수동·류병기·정재환 박사팀은 독일항공우주연구원의 검증까지 받는데 성공했다.

원자력전지는 방사선 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기로, 우주 탐사선, 탐사로버 등 전력원으로 사용되는 '방사성동위원소 열전발전기(RTG)'가 대표적이다. 방사성동위원소(플루토늄-238, 아메리슘-241 등)는 밀폐용기 내에서 스스로 붕괴되며 섭씨 400-700도가 넘는 높은 열을 발생한다. 원자력전지는 이 높은 열과 우주의 낮은 온도 차이를 이용하여 전기를 만들어 내는 원리(열전발전)를 이용한다.

즉, 원자력전지에는 방사성 동위원소를 이용한 '발열체'와 이 열을 이용해 전기를 생산하는 '열전발전소자'가 핵심 기술이다. 현재 발열체는 국제적 제약으로 인해 본격적인 개발이 이루어지고 있지 않지만, 국내 열전발전 소자 기술은 KERI를 중심으로 우리나라가 국제적인 경쟁력을 가진 것으로 평가되고 있다.

◇ '태양광 반사율 97%' 냉각페인트 개발

국내 연구팀이 태양광 반사율이 약 97%에 이르는 '냉각 페인트'를 개발했다. 페인트가 흡수하는 태양광이 전체의 3%에 불과한 것으로 세계 최고의 반사율을 달성한 것이다. 이 페인트를 사용하면 주변 대기 온도보다 10도 낮은 온도를 유지할 수 있다. 연구팀은 '저크'라는 회사를 창업해 본격적인 상업화에 나선다는 계획이다. 이헌 고려대 신소재공학과 교수(사진) 연구팀은 19일 세계 최고 수준의 복사냉각 능력을 지닌 페인트를 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 건물 외벽에서 태양광을 직접적으로 받는 페인트에 주목했다. 페인트에 질화붕소 입자와 알루미나 입자 등으로 구성된 입자 혼합물을 넣어 태양광을 산란시키는 원리를 적용했다. 연구팀은 "어떤 입자를 사용하느냐에 따라 태양광 반사 성능에 차이를 보인다"며 "타 연구 기관 대비 연구팀이 개발한 페인트의 성능이 높다"고 말했다.

◇ 전기차 배터리 화재 막는 기술 개발

UNIST는 송현곤 에너지화학공학과 교수 연구팀이 배터리 내에서 분자 결합이 가능한 불연성 고분자 반고체 전해질을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구에는 정서현 한국화학연구원 정밀화학연구센터 연구원, 김태희 에너지기술연구원 울산차세대전지 연구개발센터 연구원이 공동 참여했다.

UNIST에 따르면 배터리 화재는 외부 요인이나 내부 단락으로 내부에 열이 축적되고, 전해질과 양극이 분해되면서 화학적 라디칼 연쇄 반응이 진행돼 열 폭주가 일어나면서 발생한다. 라디칼은 하나의 전자를 가지는 원자 혹은 분자로 매우 불안정해 화학적 반응성이 높다. 지금까지 불연성 전해질에는 과량의 난연 첨가제를 사용하거나 매우 높은 끓는점의 용매를 사용했다. 이런 전해질은 높은 점도로 이온 전도도가 매우 낮아 배터리 성능을 저하하는 등 단점이 있었다.

연구팀은 전해질에 미량의 고분자를 첨가한 반고체 전해질을 만들었다. 이는 기존 액체 전해질 대비 33%의 높은 리튬 이온 전도도를 보였다.

◇ 차세대 리튬금속 전지용 '무음극 집전체 기술' 개발

한국생산기술연구원(생기원)은 숙명여자대학교 연구팀과 공동으로 3차원 다공성 구리 집전체 기술을 개발해 안전성이 뛰어난 무음극 리튬금속 전지 시스템을 구현하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 

연구팀은 무음극 전지 시스템에서 리튬 덴드라이트 성장을 제어할 수 있는 집전체에 주목, 전해도금 기술을 활용해 3차원의 다공성 구조를 갖는 구리 집전체를 개발하고 이를 기반으로 한 무음극 전지 시스템을 구현하는 데 성공했다. 

개발된 3차원 다공성 구리 집전체는 리튬 충·방전 시 수직 형태로 리튬 덴드라이트를 형성하는 기존 박막 형태 집전체와 달리, 3차원 다공성 구조체 내에서 고립된 형태로 들러붙었다가 따로 떨어진다. 

이 경우 리튬 이온이 다공성 구조에 갇혀 집전체 구조 밖에서 성장하지 못하기 때문에 양극과 만나지 않아 덴드라이트로 인한 폭발 등 안전성 문제의 근본 원인을 제거할 수 있다.

◇ 소량으로 30kg 이상 무게 버티는 친환경 접착 소재 개발

한국화학연구원은 이상호 박사 연구팀, 연세대 김병수 교수 공동 연구팀이 인체에 무해한 고분자 소재의 수소결합을 극대화하는 방식으로 소량으로도 30㎏ 이상 버티는 비경화성 접착 소재를 개발했다고 16일 밝혔다. 

이번에 개발한 비경화성 접착 소재는 인체에 무해한 물질로 만들었고, 사용 후 접착제를 제거하기도 쉽다는 장점이 있다.

다만 수소결합 기반 비경화성 접착 소재는 그동안 접착 성능이 0.16㎎/㎠당 약 13㎏ 정도에 그쳐 산업계에서 활용되기 어려운 한계가 있었다.

공동 연구팀은 낮은 접착력을 해결하기 위해 접착 소재 간 수소결합을 최대한 유도할 수 있는 구조로 고분자 형태를 정밀하게 변형했다. 그 결과 경화성 접착제 수준의 0.16㎎/㎠당 30㎏ 이상 무게를 버티며 접착 성능을 2배 이상 높이는 데 성공했다.