KAIST 연구진이 상용 촉매 대비 약 62% 이상의 전류 밀도를 유지시켜 수소 연료전지 수명을 획기적으로 연장시키는데 성공했다. KAIST는 신소재공학과 정연식 교수, 조은애 교수 공동연구팀이 수소전기차의 핵심 부품인 연료전지 장치에 활용될 수 있는 고내구성 촉매 소재를 개발했다고 4일 밝혔다. 이번에 개발된 촉매는 실제 구동 환경에서 수천 시간에 맞먹는 강도의 2만 사이클 내구성 평가를 거친 후에도 초기 성능에 가까운 수준을 유지할 만큼 높은 내구성을 갖추고 있어 기존 연료전지에서 가장 큰 걸림돌로 지적됐던 수명 문제를 해결하는 성과로 평가된다. 연구팀은 ‘3차원 자이로이드 나노구조체 기반 촉매 플랫폼’을 개발하는 데 성공했다. 자이로이드 나노구조체는 3차원적으로 길게 연결된 구조로 인해 전기적 연결성이 우수하고 이온이나 기체의 이동이 이동할 수 있는 빈 통로가 많은 장점이 있어 차세대 에너지 소재로 유망하다. 연구팀은 자기조립 특성이 있는 고분자를 활용해 3차원 자이로이드를 합성하고 백금 입자를 강한 결합으로 탑재해 연료전지 구동 시에도 백금 입자의 이동을 원천 차단하고자 했다. 또한 자이로이드 내부에 증기압을 발생시켜 자이로이드 내부 공간까지 비움으로
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김일두 교수팀이 아주대 이지영 교수팀과 공동으로 물을 이용한 친환경 공법으로 리튬금속 보호막을 제조, 리튬이차전지의 수명을 획기적으로 높이는 데 성공했다고 2일 밝혔다. 리튬은 리튬이차전지의 차세대 음극 소재로 주목받고 있다. 현재 음극으로 가장 많이 쓰이는 소재는 흑연이지만, 에너지 밀도가 낮고 이론 용량이 적어 리튬 금속이 가장 이상적인 음극재로 꼽힌다. 다만 충전 과정에서 음극 표면에 생기는 덴드라이트(dendrite·수지상결정, 리튬이온이 음극 표면에 쌓이면서 나뭇가지 모양으로 성장하는 현상)로 인해 수명이 저하될 수 있으며 화재로 이어질 위험이 있다. 덴드라이트 성장을 억제하기 위해 리튬 금속 표면에 보호막을 입혀 리튬 금속과 전해액 간 계면을 만드는 보호막 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연구팀은 값비싼 재료 없이도 리튬이온 성장을 물리적·화학적으로 제어할 수 있는 중공(中空) 구조의 나노섬유 보호막을 개발했다. 식물에서 추출한 천연 고분자 화합물인 구아검을 물에 녹인 뒤 전기방사(electron spinning) 기술을 이용, 수십 ㎚(나노미터·10억분의 1ｍ)∼수 ㎛(마이크로미터·100만분의
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정연식 교수·기계공학과 박인규 교수팀이 한밭대 오민욱 교수, 한국기계연구원 정준호 박사 연구팀과 공동으로 ‘비스무트 텔루라이드’ 기반 유연한 무기 열전 섬유를 개발했다고 21일 밝혔다. 열전소재는 열을 전기로 바꿔주는 소재다. 온도 차에 의해 전기를 발생시키는 원리다. 공장이나 자동차 엔진의 폐열, 사람의 체온 등에서 발생하는 열을 활용할 수 있어 지속 가능한 에너지 기술로 주목받고 있다. 세라믹 재료 기반의 무기 열전소재는 열전 성능이 높지만 깨지기 쉬워 곡면 형태로 돼 있는 인체, 차량 배기구, 냉각 핀 등에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 연구팀은 고분자 첨가제 없이도 나노 리본을 꼬아 실 형태로 만드는 방식으로 유연성을 확보, 나노 리본을 연속적으로 증착해 유연한 비스무트 텔루라이드 무기 열전 섬유를 제작했다. 1000차례 이상의 반복적인 구부림과 인장(잡아당김) 테스트에도 전기적 특성 변화가 거의 나타나지 않았다. 실제 구명조끼와 의류에 열전 섬유를 내장, 에너지를 수집하는 시연을 통해 상용화 가능성도 입증했다. 정연식 교수는 “이번 연구에서 개발된 무기 유연 열전 소재는 스마트 의류와 같은 웨어러블 기기에서
국내 연구진이 휴대용 전자기기 및 전기차 등의 리튬 이차전지 에너지 밀도를 높이고 고전압 구동 때도 안정성을 높여줄 용매를 개발했다. 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 최남순 교수팀이 울산과학기술원(UNIST) 화학과 홍성유·서울대 화학생물공학부 이규태·고려대 화공생명공학과 곽상규·경상국립대 나노·신소재공학부 이태경 교수 연구팀과 함께 4.4V의 높은 충전 전압에서 리튬 금속 전지의 효율과 에너지를 유지하는 세계 최고 수준의 전해액 조성 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 구동할 수 있는 상한 전압 한계가 있는 용매들과 달리 높은 충전 전압에서 안정적으로 사용할 수 있는 새로운 용매를 합성하는 데 성공, 이를 첨가제 기술과 접목해 현저하게 향상된 가역 효율(상온 200회 99.9%)을 달성했다. 가역 효율은 사이클마다 전지의 방전용량을 충전용량으로 나눠 백분율로 나타낸 값으로, 가역 효율이 높을수록 사이클마다 배터리 용량 손실이 적은 것을 의미한다. 또 이 기술은 리튬 대비 4.4V 높은 충전 전압 조건에서 다른 전해액보다 약 5% 정도 높은 75.0%의 높은 방전용량 유지율을 보였다. 연구팀이 이번에 세계 최초로 합성 및 보고한 환형 설폰아
곤충의 시신경계를 모방해 초고속, 저전력 동작이 가능한 신개념 '지능형 센서' 반도체가 개발됐다. 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김경민 교수 연구팀이 다양한 멤리스터(Memristor) 소자를 융합해 곤충 시신경의 시각 지능을 모사하는 지능형 동작 인식 소자를 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 멤리스터는 메모리(Memory)와 저항(Resistor)의 합성어로, 입력 신호에 따라 소자 저항 상태가 변하는 전자소자를 말한다. 인공지능(AI) 기술 발전과 함께 이를 활용한 비전 시스템은 이미지 인식, 객체 탐지 및 동작 분석과 같은 다양한 작업에서 핵심적 역할을 수행하고 있다. 하지만 기존 비전 시스템은 이미지 센서에서 수신된 신호를 복잡한 알고리즘을 이용, 물체와 그 동작을 인식한다. 이런 방식은 상당한 양의 데이터 트래픽(통신량)과 높은 전력 소모로 모바일이나 사물인터넷 장치에 적용하기 어렵다. 연구팀은 다양한 기능의 멤리스터 소자들을 집적, 곤충의 시신경을 직접 모사해 사물의 움직임을 판단할 수 있음을 확인했다. 곤충은 기본 동작 감지기라는 시신경 회로로 시각 정보를 효과적으로 처리해 물체를 탐지하고 동작을 인식하는데 탁월한 능력을 보인다.
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