[Weekly 신기술 및 정책소식] 맥신 소재 활용 '에너지 저장 소자' 대량 생산…기술 개발

◇ 반도체·AI에 초저리 대출…50조 규모 첨단전략산업기금 신설

인공지능(AI)과 로봇, 바이오 등 미래 산업에 낮은 금리로 자금을 지원하는 '첨단전략산업기금'이 기존 반도체 금융 지원 프로그램의 3배 수준인 50조원 규모로 신설된다.

정부는 5일 정부서울청사에서 최상목 대통령 권한대행 부총리 주재로 열린 국정현안관계장관회의 겸 경제관계장관회의 겸 산업경쟁력강화관계장관회의를 열어 이 같은 내용의 '미래 산업경쟁력 강화를 위한 첨단전략산업기금 신설 방안'을 확정·발표했다.

정부는 미국 신정부 출범 등에 따른 대외 불확실성이 확대되고, 첨단전략산업이 국가 경제안보의 핵심으로 부상함에 따라 산업 경쟁력 확보를 위한 기금을 조성키로 했다.

한국산업은행에 조성되는 첨단전략산업기금은 5년간 최대 50조원 규모로 운용된다.

◇ 전기연, 전기차 충전분야 발전 이끈다…12개 기관·기업과 협력

전기연은 6일 오후 경기 안산분원에서 서울에너지공사, 제주에너지공사, 한국스마트그리드협회와 'AI(인공지능) 기반 충전 신기술 실증 및 충전기 유지 관리 고도화를 위한 업무협약'을 했다고 밝혔다.

이들 4개 기관은 전기차 충전 신기술 적용을 위한 상호 기술 검토 및 실증, 전기차 충전기 유지 관리 및 현장 점검을 통한 인프라 개선 사항 도출에 협력하기로 했다.

또 전기차 충전기 개선방안과 그 결과물 확산을 위한 활동을 하고, 기타 전기차 충전 인프라 관련 협력사업도 공동 발굴해 나가기로 했다.

전기연은 이날 한국스마트그리드협회, 전기차·충전 관련 9개 기업체와 '글로벌 상호운용성 시험센터 구축 및 운영을 위한 협약'도 했다.

◇ 자율주행 화물차, 전국 모든 고속도로 달린다

국토교통부는 고속·장거리 자율주행 서비스의 상용화를 촉진하기 위해 기존 4개 고속도로 노선으로 운영하던 자율주행자동차 시범운행지구를 오는 5일부터 고속도로 전 구간 44개 노선으로 확대한다고 밝혔다. 국토부는 지난해 12월4일 고속도로 4개 노선 일부구간 332㎞를 시범운행지구로 지정해 화물운송 자율주행 서비스 여건을 조성했다.

그러나 교통상황에 따른 운송노선 변경, 신규 운송수요에 따른 노선 신설 등에 한계가 있다는 자율주행 업계의 의견을 고려해 지난 4일 자율주행자동차 시범운행지구 위원회는 고속도로 44개 노선 전 구간 5224㎞으로 확대하는 내용의 운영계획을 심의·의결했다.

위원회는 고속도로는 일반도로와 달리 보행자, 신호등이 없는 연속교통 도로로서 구간별 운행여건이 유사하고, 한국도로공사의 고속도로 안전관리 역량을 고려할 때 고속도로 전 구간으로 시범운행지구를 확대 시행하는데 문제가 없을 것으로 판단했다.

◇ 개인정보위, 로봇청소기 개인정보 활용 실태점검

개인정보보호위원회는 로봇청소기의 개인정보 수집·이용 현황에 대한 사전 실태점검을 진행할 예정이라고 4일 밝혔다. 

최근 사물인터넷(IoT) 기술을 적용한 로봇청소기의 판매량이 급증하면서, 영상·음성 정보를 처리하는 기능이 개인정보 침해 우려를 불러일으키고 있다.

이에 따라 개인정보위는 국내에 출시된 삼성전자, LG전자, 로보락, 에코백스, 샤오미 로봇청소기 제품을 중심으로 개인정보 처리 과정 전반에 대해 개인정보 보호법 준수 여부를 살펴볼 계획이다. 구체적으로 개인정보 처리 주체, 개인정보 처리 동의 여부, 수집·이용 항목 및 목적, 개인정보 보관·이전·전송 방식, 제3자 제공·공유 여부 등이다.

◇ 맥신 소재 활용 '에너지 저장 소자' 대량 생산…기술 개발

경북대학교·나노종합기술원·카이스트 연구팀은 8인치 크기의 대면적 플렉서블 기판 위에 고성능 마이크로슈퍼캐패시터(Microsupercapacitor)를 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

이번 연구는 웨어러블 기기와 같은 소형 전자기기에서 더 오래 지속되며 효율적인 에너지 저장 장치를 구현할 수 있는 기반을 마련했다. 8인치 웨이퍼 공정을 활용한 대면적 제작 기술을 개발해 소자의 대량 생산 가능성을 제시했다.

경북대 나노신소재공학과 이용희 교수팀은 나노종합기술원 안치원 나노소재개발센터장, 카이스트 생명화학공학과 이진우 교수와 공동 연구로 차세대 2차원 나노 소재인 맥신(MXene)을 이용해 8인치 대면적 플렉서블 기판 위에서 고성능 마이크로슈퍼캐패시터 소자를 제작하는데 성공했다.

◇ "전기차 15분이면 충전"…배터리 급속충전 천연소재 개발

경희대는 신소재공학과 박민식 교수 연구팀이 리튬이온전지를 급속충전할 수 있는 고성능 천연흑연 음극소재를 개발했다고 7일 밝혔다.

전기차 배터리로 사용되는 리튬이온전지는 흑연 음극소재를 주재료로 사용한다. 그러나 흑연 음극소재는 계면 저항성이 높아 급속충전 시 리튬금속이 전착해 리튬이온전지의 성능을 저하하는 문제가 있었다.

박 교수팀은 흑연 음극소재의 급속충전 성능을 높이고 리튬이온전지의 수명을 늘리기 위해 새로운 표면 제어 기술을 고안했다.

연구팀은 신규 기능성 코팅층으로 천연흑연의 표면을 개질해 계면 저항성을 낮췄다. 개질된 흑연 음극소재를 사용한 리튬이온전지는 300회의 충·방전 후에도 88.8%라는 용량 유지율을 보였다.

◇ UNIST "원통형 배터리, 전극 곡률만 바꿔도 성능 개선"

UNIST는 에너지화학과 정경민 교수팀이 원통형 배터리 전극의 곡률이 전기화학적 성능에 미치는 영향을 규명하고, 최적화된 전극 설계 방안을 제시했다고 6일 밝혔다. 연구팀은 원통형 배터리의 곡률 특성 때문에 음극과 양극 간 접촉 면적이 달라지면서 용량비가 이상적인 설곗값에서 벗어날 수 있다고 보고 이번 연구를 시작했다.

일반적으로 배터리를 설계할 때는 리튬 금속 석출(리튬이 음극에 고르게 삽입되지 못하고 금속 형태로 표면에 나오는 현상) 예방과 고속 충전을 위해 음극 용량을 양극 용량보다 더 크게 설계한다.

연구팀이 다양한 곡률 조건을 모사한 실험용 곡률형 단판 셀을 제작해 상용 21700 원통형 배터리와 비교 분석한 결과, 전극의 용량비가 전극의 위치에 따라 달라지는 것을 확인했다. 특히 곡률이 큰 중심부 영역에서는 저온 또는 고전압 충전 시 리튬 금속 석출 위험이 뚜렷하게 증가했다.

◇ 스프링을 배터리에 넣어 수명·용량을 늘렸다

포항공과대학교(POSTECH) 친환경소재대학원·신소재공학과 박규영 교수팀이 나노 스프링으로 리륨이온 배터리의 수명과 에너지 밀도를 높였다고 5일 밝혔다. 배터리 양극재 표면을 탄소나노튜브와 나노 크기의 스프링으로 코팅해 배터리 내부 균열을 막음으로써 더 오래 사용할 수 있게 된 것이다. 

이를 배터리에 적용해 테스트한 결과, 배터리 전체 무게의 0.5%에 불과한 도전재를 양극재 안에 넣고도 배터리 1㎏당 570Wh 이상의 에너지 밀도를 나타냈다. 또한 1000번 이상 충방전 후에도 초기 용량의 78% 이상을 유지했다. 보통 사용하고 있는 배터리는 도전재가 전체 무게의 2~5% 정도 들어가며, 에너지 밀도도 1㎏당 200~300Wh 수준이다. 

박규영 교수팀은 삼성SDI, 미국 노스웨스턴대, 중앙대 연구팀과의 공동 연구를 통해 개발한 이 기술을 재료 분야 국제 학술지인 'ACS 나노(ACS Nano)'에 발표했다.

◇ 韓日연구팀, 초고속 전하 조작으로 단일분자 양자상태 제어 성공

한일 공동연구팀이 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기의 분자 수준에서 일어나는 현상을 실시간으로 초고속 관측하고 제어하는 기술을 개발하고, 이를 통해 단일 분자의 양자 상태를 실시간 제어하는 데도 성공했다.

초고속 전하 이동 및 발광 현상 등 다양한 광학 현상을 초고속으로 정밀 관측하고 조작할 수 있어 이와 관련된 기술인 유기발광다이오드(OLED), 태양광 패널 등의 효율을 높일 가능성을 열 것으로 기대된다.

광주과학기술원은 7일 김유수 화학과 교수(기초과학연구원 양자변환연구단장)·야마다 히로시 교수가 일본 이화학연구소(RIKEN), 요코하마국립대, 도쿄대, 하마마츠포토닉스, 울산대 등과 이런 연구결과를 국제학술지 '사이언스'에 발표했다고 밝혔다.