◇ 전남대 박찬진 교수팀, 전고체 배터리 상용화 기술 개발

전남대학교는 신소재공학부 박찬진 교수 연구팀이 차세대 배터리인 전고체 배터리를 상용화 할 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

전기차 배터리의 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체, 배터리 용량은 높이고 화재 위험성은 낮추는 전고체 배터리 기술 경쟁이 치열한 상황에 이룬 괄목할만한 성과라고 전남대는 설명했다.

고체전해질 소재는 황화물계·산화물계·폴리머 등 3가지가 있는데 가장 유망한 황화물계 고체전해질의 주원료(Li2S) 가격은 리튬이온배터리 전해액의 200배 이상이다.

박 교수팀은 이들의 장점을 조합, 여러 고체전해질을 혼합해 사용하는 한편 각각의 단점을 보완하고 효율을 높이는 방법으로 접근했다.

◇ 전기차 보조금 최대 680만→650만원…'고성능 배터리'엔 추가 지원

환경부가 올해 주행거리와 충전속도를 기준으로 전기차에 대한 보조금 차등을 대폭 강화한다. 보조금을 100% 지원받을 수 있는 전기차 가격은 5700만원에서 5500만원으로 200만원 하향된다. 전기차 배터리의 재활용 가치 산정도 지원금 지급의 요건으로 새롭게 도입하기로 했다.

개편된 보조급 지급요건을 모두 달성했을 경우 전기승용차 최대 보조금은 작년 680만원에서 올해 650만원으로 30만원이, 전기화물차는 1200만원에서 1100만원으로 100만원이 줄어든다. 전기버스는 최대 7000만원의 보조금 규모가 동일하게 유지된다.

환경부는 6일 관계부처 협의 및 이해관계자 의견수렴을 거쳐 이같은 내용을 골자로 한 '2024년 전기차 구매보조금 개편방안'을 공개했다.

◇ 부경대·부산대 연구팀, 고성능 실리콘 음극 전지 개발

국립부경대학교 조계용 교수(공업화학 전공)와 부산대학교 이진홍 교수(유기소재시스템공학과) 공동연구팀은 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 기반 가교형 바인더 소재를 적용한 고성능 음극 전지를 개발했다고 5일 밝혔다.

연구팀은 실리콘 음극의 안정성을 확보하기 위해 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산 등 다양한 소재를 이용한 바인더가 광범위하게 연구되고 있지만, 바인더의 선형사슬이 부피 팽창 중에 발생하는 응력에 대한 저항이 낮은 단점이 있다.

연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 전기화학적 안정성이 높고 상용 전극 제조에 널리 사용된 불소계 고분자를 기반으로 삼차원 가교 네트워크를 적용, 실리콘 음극의 안정성을 향상해 전극용량과 사이클 수명을 증가시키는 데 성공했다.

◇ 보는 각도 따라 다른 이미지 나오는 홀로그램 구현

포항공대(포스텍)는 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 김주훈씨 연구팀이 사람이 보는 각도에 따라 여러 이미지의 홀로그램을 구현하는 메타표면 디스플레이 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

홀로그램은 실제 존재하지 않은 사물을 눈앞에 있는 것처럼 입체적으로 이미지를 형성해주는 기술이다. 현재 기술로는 각도에 따른 빛의 분산을 제어하기 어렵다는 단점이 있다.

연구팀은 빛의 특성을 자유롭게 제어하는 인공 나노 구조체인 메타표면을 사용해 빛이 특정 각도에서 하나의 위상 정보만 나타내도록 했다.

메타표면은 빛 파장보다 훨씬 작은 크기의 구조를 이용해 이전에 없던 빛의 성질을 달성하는 나노광학 소자를 뜻한다. 실험 결과 연구팀의 메타표면은 좌원편광에 대해 '+35도'와 '-35도'에서 서로 다른 입체 홀로그램 이미지를 생성했다.

◇ KAIST, 차세대 2차원 반도체 다기능 전자 소자 개발

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 이가영 교수 연구팀이 양극성 반도체 특성을 가진 2차원 나노 반도체 기반의 다기능 전자 소자를 개발했다고 2일 밝혔다. 

다기능 전자 소자는 기존 트랜지스터와 달리 전압에 따라 기능을 변환할 수 있다.

이 교수팀은 채널 하부에 전극을 배치하고 금속·반도체 접합 특성을 개선해 음(N)전하를 띠는 전자와 양(P)전하를 띠는 정공 모두 선택적으로 흐르게 할 수 있는 양극성 특성을 구현하는 데 성공했다. 

이를 통해 전류의 켜짐·꺼짐 비율을 대폭 높일 뿐만 아니라 양극성 트랜지스터, N형 트랜지스터, 다이오드, 광 감지 소자로 다기능 변조가 가능한 이황화 몰리브덴(MoS2) 전자 소자를 개발했다. 

◇ 태양빛만 이용해 폐플라스틱에서 수소 얻는다

고려대는 이병훈 교수와 현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장, 김민호 경희대 응용화학과 공동 연구팀이 태양 빛을 이용해 폐페트병을 친환경 수소로 전환하는 촉매를 개발했다고 6일 밝혔다.

연구팀은 이번에 개발한 촉매를 이용해 폐페트병을 수소를 생산하는 반응에 적용하자 98%의 페트(PET)를 수소로 전환할 수 있었다. 1g의 촉매로 시간당 3.7L의 수소를 생산하며 세계 최고 효율을 달성했다.

연구팀은 빛 에너지를 이용해 쉽게 구입할 수 있는 상용 산화물 물질 내부에 존재하는 산소 결함들을 의도적으로 표면으로 이동시키고 표면에 노출된 산소 결합 자리들을 단원자들의 결합 자리로 이용했다. 이 합성법은 여러 종류의 금속 원자와 금속산화물로 이용될 수 있다는 장점이 있다. 특히 특정한 전자구조를 가지는 백금(Pt) 원자와 이산화티타늄(TiO2)의 결합을 이용해 폐페트병 수소 전환율 98%로 세계 최고 효율을 달성할 수 있었다.

◇ "암모니아 저렴하게 대량 생산" 에너지연, 촉매 기술 개발

한국에너지기술연구원은 청정연료연구실 윤형철 박사팀이 저압 암모니아 합성 촉매를 대량으로 생산할 수 있는 양산법을 개발했다고 6일 밝혔다.

이 기술로 제작된 촉매는 연구진이 설계한 암모니아 생산 공정에 적용돼 기존 하버-보슈 공정에 필요한 압력의 1/3 수준으로도 99.9%의 고순도 암모니아 생산하는데 성공했다.

하버-보슈 공정은 천연가스를 열분해 해 추출한 수소와 대기 중의 질소를 반응물로 고온(섭씨 400도 이상), 고압(150bar 이상)의 조건에서 철 촉매를 이용, 암모니아를 대량 생산하는 공정이다. 하지만 이 공정은 이산화탄소 방출과 에너지 소모가 크다. 

이번에 윤 박사팀은 기존 하버-보슈 공정의 한계를 극복할 수 있는 암모니아 합성 촉매 양산을 위한 제법과 촉매 성형법을 개발했다.

◇ KIST의 '입는 로봇' 삼익THK가 제품으로 만든다

한국과학기술연구원(KIST) 지능로봇연구단 이종원 박사팀이 개발한 웨어러블 로봇 '문워크-옴니(MOONWALK-Omni)' 기술을 삼익THK에서 이전 받아 제품 양산화에 나선다. 삼익THK는 입는 로봇을 2026년부터 양산할 계획이며, 이를 통해 헬스케어 분야로 사업영역을 확대한다는 방침이다. 

KIST는 5일 서울 성북구 KIST 본원에서 삼익THK와 인공지능(AI) 기반 웨어러블 고관절 복합체 근력 보조 로봇 기술 개발을 위한 기술이전 조인식을 가졌다. 이를 통해 두 기관은 향후 2년간 협력 연구를 수행해 고령자를 위한 인공지능 기반의 보행 보조 웨어러블 로봇 기술 상용화에 힘을 합친다는 계획이다. 

삼익THK 진주완 대표는 "뛰어난 KIST의 기술을 이전받아 헬스케어 신사업 솔루션 완성을 위한 협력 연구를 진행할 예정이며, 2026년부터 본격적인 제품 양산화를 추진할 계획"이라며, "이번 기술이전을 통해 헬스케어 분야로 사업영역을 다각화할 예정"이라고 말했다.

◇ UNIST "크기 1만배 키운 태양광 수소 생산 광전극 개발"

그린수소 생산을 위해 크기를 1만배 키운 광전극 모듈을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

6일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 이재성, 장지욱, 석상일 교수와 탄소중립대학원 임한권 교수 공동 연구팀은 높은 효율과 내구성을 갖춘 대규모 그린수소 생산 기술을 개발했다.

연구팀은 특히 페로브스카이트 광전극 크기를 1만배 키워 실용 가능성을 높였다. 태양광 수소 기술은 태양에너지로 물을 분해해 수소를 얻는 이상적인 그린수소 생산 기술이다. 연구팀은 해당 기술의 실용화를 위해서는 실험실 소형 장치에서 크기를 키우는 '스케일업'(scale-up)이 필요하다고 보고, 광전극 소재로 효율이 높고 비교적 값이 싼 페로브스카이트를 채택했다.