◇ KIST "양자소재로 초저전력서 동작하는 스핀 반도체 개발"

국내 연구진이 양자 소재로 기존 메모리 대비 3분의 1 자기장으로도 동작하는 초저전력 스핀 반도체를 개발했다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 스핀융합연구단 최준우 책임연구원팀이 숭실대 물리학과 박세영 교수팀과 공동으로 이차원 물질 적층 구조의 양자소재 기반 스핀 메모리를 개발했다고 밝혔다.

스핀 메모리는 원자핵이나 전자의 각운동량 단위로 자성과 연관된 특성인 스핀에 정보를 저장하는 반도체다. 실리콘 반도체보다 낮은 전력을 써 차세대 반도체로 주목받는다. 연구팀은 대표적 양자소재인 이차원 물질을 결합해 강자성체와 강유전체가 층층이 쌓인 반도체 소자를 개발했다. 강자성체는 자성 특성을 나타내 스핀 메모리의 기본 물질이다.

이 물질은 전압을 걸면 이차원 강유전체 격자가 팽창하면서 강자성체의 자기적 특성을 바꿔 스핀 특성 변화를 끌어낸다고 연구팀은 설명했다.

◇ KCL, 충북 성본산단에 '전기차 배터리 기술지원센터'

한국건설생활환경시험연구원(KCL)이 충북 음성군 성본산업단지에서 '전기차 배터리 이차사용 기술지원센터'의 문을 열었다고 9일 밝혔다.

충북 음성군의 투자와 산업통상자원부 지원을 받아 구축된 센터는 성본단지 KCL 부지 내 연면적 1520㎡ 규모로 지어졌다. 센터는 안전성시험실과 화재시험실, 성능평가와 시료보관동 등으로 구성된다. 10종 21대의 배터리 분석과 성능검사 장비가 구비됐다.

안전성시험실은 330㎡규모로 배터리 압축과 낙하, 단락시험을 수행할 수 있다. 419㎡의 화재시험실은 중부권 유일의 전기차 배터리 전용 열폭주 전이 시험실이다. 배터리 폭발에 대응이 가능한 집진 설비를 갖췄다. 495㎡규모의 성능평가시험실에서 사용 후 배터리 평가도 이뤄진다. 

◇ 배터리 분해 없이 재활용 판단…UNIST, 딥러닝 기반 시스템 개발

UNIST(울산과학기술원)는 에너지화학공학과 김동혁, 최윤석 교수 및 탄소중립대학원 임한권 교수팀이 컴퓨터가 독립적으로 훈련하는 딥러닝을 기반으로 배터리 부품의 건강 상태를 진단할 수 있는 시스템 딥슈거(DeepSUGAR)를 개발했다고 8일 밝혔다. 학습을 통해 새로운 창작물을 만드는 생성형 인공지능 기술 ‘생성형 대립 신경망(GAN)’과 효과적으로 이미지 처리할 수 있는 ‘합성곱 신경망(CNN)’을 결합했다.

DeepSUGAR는 리튬 배터리를 충·방전 시킬 때 얻은 전압, 전류, 용량 데이터를 빛의 삼원색 값으로 변환해 이미지화한다. 이를 기반으로 딥러닝 모델을 활용해 배터리의 건강 상태를 예측한다. 모듈, 팩 등 배터리 구성에 상관없이 적용 가능해 기존 배터리 진단 방법과 차별화된다. 

◇ 네이처, '상온 초전도 물질 개발' 美연구팀 논문 철회

세계적인 과학저널 네이처가 실내온도인 섭씨 20.5도에서 초전도 현상을 보이는 물질을 발견했다는 미국 연구팀의 논문에 대해 신빙성 문제를 이유로 철회를 결정했다.

7일(현지시간) 월스트리트저널(WSJ)에 따르면 네이처는 이날 "초전도 물질 발견 논문에 대한 과학계의 의심이 아직도 해소되지 않았다"며 이같이 밝혔다.

앞서 미국 로체스터대 기계공학·물리학 조교수 란가 디아스 박사가 이끄는 연구팀은 '질소 주입 루테튬 수소화물'(NDLH)이라는 초전도 물질을 개발했다는 논문을 지난 3월 네이처에 발표했다.

◇ DGIST 연구팀 "환자 의도에 맞게 로봇 의족 제어하는 센서 개발"

대구경북과학기술원(DGIST)은 로봇및기계전자공학과 이상훈 교수팀이 환자의 의도에 맞게 로봇 의족을 제어할 수 있는 장치인 '무감각성 표면 근전도 센서'를 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀이 개발한 센서는 다양한 환경(평지·경사면·계단)에서 걷는 절단환자의 근육 신호를 고품질로 실시간 획득하고, 이를 무선 전송해 의족에 내장된 동작 분석 센서를 통해 환자의 보행 보조가 가능하다.

또 유연성과 신축성을 지니고 통기성과 접착성도 확보해 다양한 절단환자의 환부에 붙여 장기간 반복적으로 사용할 수 있다.

◇ 식물 균에 탄수화물 주입한 잔탄검이 배터리 전극 보호

양배추 등 식물에서 얻은 균에 탄수화물을 주입한 잔탄검(xanthan gum)이 배터리 전극의 보호막을 만든다는 연구 결과가 나왔다.

7일 포스텍에 따르면 친환경소재대학원 화학공학과 조창신 교수와 박사과정 장주영씨 연구팀이 고분자를 혼합해 배터리 전극의 내구성을 높이는 보호막을 개발했다.

이 연구는 전력 생산이 매우 불규칙한 태양광 등 재생에너지를 이용해 생산한 전력을 저장한 후 필요할 때 사용할 수 있는 기술이다.

연구팀은 "바이오 고분자인 잔탄검과 이온전도성 고분자로 전극의 보호막을 제작했고, 두 고분자의 상호작용으로 전극 표면에 매끄러운 막이 형성되는 것을 확인했다"고 밝혔다.

◇ 재료硏, 전기차 핵심 부품 제조기술 국산화 성공

한국재료연구원(KIMS) 연구팀이 전기차 구동 모듈용 질화규소 베어링 볼 제조기술을 국산화하는 데 성공했다. 

고재웅 박사 연구팀은 질화규소 원료 분말에서 소재 및 베어링 볼 부품에 이르기까지 국내 수요 대응이 가능하도록 기술을 개발해왔다. 이후 해당 기술을 외부 공인 평가기관과 수요기업을 통해 테스트함으로써 세계 1위 질화규소 베어링 볼 기업인 T사에 근접한 수준의 기계적 물성과 기대 수명 값을 구현하는 데 성공했다.

질화규소 베어링 볼은 전기차 구동 모듈 내 고속 회전하는 하이브리드 베어링, 높은 하중이 걸리는 풍력발전기용 베어링, 반도체 공정 펌프용 초고속 베어링, 우주·항공용 베어링 등 극한의 작동 환경이 요구되는 분야에 활용된다. 질화규소 베어링 볼 기술이 적용된 하이브리드 베어링 분야의 세계 시장 규모는 2022년 기준 약 1조 원이며, 전기차 시장의 급격한 성장세에 견인되어 2026년 이후에는 1조 3000억 원 이상으로 증가할 것으로 전망된다.

◇ 서울대 연구팀, 전고체 전지 개발에 필요한 염화물 전해질 개발 전략 제시

서울대는 강기석 이차전지 혁신연구소 교수(기초과학연구원 나노입자 연구단 참여교수) 연구팀이 차세대 전고체 전지의 핵심 소재인 고체 전해질의 성능을 높일 수 있는 신규 전해질 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

강기석 교수 연구팀은 소재 편차가 삼방정계 염화물 고체 전해질 구조의 특이성에서 기인하고, 구조 내에서 금속 이온의 조성과 배치가 리튬 이온의 전도성에 미치는 영향을 규명했다.

리튬이 이동하는 경로에 메탈 이온이 인접한 경우, 정전기 반발력에 의해 리튬의 이동이 제한되는 반면, 메탈 이온의 점유율이 너무 낮으면 도리어 리튬이 이동하는 경로가 좁아져 오히려 리튬의 이동에 방해가 생긴다는 사실도 알아냈다. 이러한 요소들을 조절해 전해질을 설계하면 고 이온전도성을 가진 소재를 얻을 수 있다고 내다봤다.

◇ 텅스텐 코팅으로 수소차 수명을 늘린다

포항공과대학교(POSTECH) 신소재공학과·친환경소재대학원 김용태 교수와 유상훈 박사과정생 연구팀이 수소 연로전지의 부식을 방지하고 성능과 효율을 높이는 텅스텐 코팅법을 개발했다. 이 기술은 휴대폰 케이스와 필름처럼 친환경 수소 연료전지 전극을 보호한다.  

김용태 교수는 "상용 수소연료전지 자동차 내구성을 높이는 데 직접적이면서도 효과적으로 기여할 수 있을 것"이라며, "무엇보다 막·전극 접합체(MEA) 양산 공정에 즉시 적용할 수 있어 실용화가 수월할 것"이라고 8일 말했다.  

연구진은 수소 연료전지 핵심 부품인 막·전극 접합체(MEA)를 텅스텐 산화물로 코팅해 전극의 성능과 효율을 높였다.  

텅스텐 산화물이 코팅된 MEA를 실제 셀에 적용한 결과, 시동과 급정지 조건에서 촉매가 부식되지 않았고, 94%의 높은 성능 유지율을 보였다.