Open Access System for Information Sharing
Research Highlights
- 화학 박수진 교수팀, 전해질을 지배하는 자, 전기차 시장을 선도한다
- [박수진 교수팀, 상용성 · 안전성 모두 확보한 리튬 배터리용 겔 전해질 개발]
화학과 박수진 교수 · 통합과정 남서하 씨 · 손혜빈 박사 연구팀은 안정성과 상용성을 모두 갖춘 겔 전해질 기반 배터리를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 국제 학술지인 ‘스몰(Small)’에 최근 게재됐다.
리튬이온 배터리는 전기차를 포함해 휴대용 전자제품이나 에너지 저장 장치 등 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 그런데, 배터리에 사용되는 액체 전해질은 화재와 폭발의 위험이 커 이를 대체할 전해질 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그중 하나는 액체 전해질을 기반으로 한 기존 리튬이온 배터리와 전고체 배터리의 중간 형태인 반고체 배터리다. 이 배터리는 젤리 같은 겔(gel) 형태의 전해질을 사용하기 때문에 안정성과 에너지 밀도가 높으며, 수명도 비교적 길다.
겔 전해질을 제작하려면 장시간의 고온 열처리 공정이 필요한데, 그로 인해 전해질이 분해되는 등 배터리 성능에 악영향을 줄 수 있고, 제작 단가도 높아질 수 있다. 또한, 반고체 전해질과 전극 간 계면 저항도 겔 전해질 제작 공정에서 해결해야 할 과제이며, 특히 기존 연구들은 까다로운 제작 방식이나 대면적화의 어려움과 같은 공정상의 한계로 현재 상용 배터리 생산 라인에 바로 적용할 수 없다는 문제가 있었다.
박수진 교수 연구팀은 이중 기능성 가교형 첨가제(Cross-linkable additive, 이하 CIA)인 디펜타에리트리폴 헥사아크릴레이트(이하 DPH*1)과 전자빔(e-beam)으로 이를 해결했다. 기존 파우치(pouch) 타입의 배터리 제작 공정은 전극 공정과 전해액 주입과 조립, 활성화 공정*2과 가스 제거 공정*3 단계로 이루어져 있는데, 연구팀은 가스 제거 공정 이후 전자빔 조사 공정만을 추가하는 단순한 방법으로 DPH에 이중 기능성을 부여했다. 연구팀이 사용한 CIA는 활성화 공정 단계에서는 양극과 음극 표면에 안전한 계면을 형성할 수 있도록 첨가제 역할을 했으며, 전자빔 조사 단...
2024-06-19
- 환경 감종훈 교수팀, 인간의 활동, 가뭄 앞에서는 양날의 검
- [감종훈 교수, 봄철 극심한 가뭄에 대한 인간 활동의 상충되는 영향 분석]
지구-환경과학자들은 인간의 사회 · 경제적 활동이 증가함에 따라 온실가스 배출량이 늘어 가뭄과 홍수와 같은 기상 이변이 더욱 빈번하게 발생할 것으로 예측한다. 그런데, POSTECH 연구팀이 인위적인 온실가스가 오히려 가뭄을 완화할 수 있다는 연구를 발표하며, 인간 활동이 자연에 미치는 영향을 분석하는 새로운 관점을 제시했다.
환경공학부 감종훈 교수는 기후 모델 시뮬레이션을 통해 중앙 안데스 산맥 지역에서 극심한 농업 피해를 일으켰던 2022년 봄철 가뭄과 인간의 활동으로 인한 에어로졸과 온실가스의 상충하는 영향을 분석했다. 이번 연구는 대기과학 · 기상학 분야 국제 학술지 중 하나인 ‘미국기상학회회보(Bulletin of the American Meteorological Society)’에 최근 게재됐다.
오랫동안 비가 오지 않아 강수량이 부족한 경우 가뭄이 발생하고, 기상학적 가뭄을 시작으로 토양의 수분이 부족해지는 농업적 가뭄이 발생한다. 더 심해지면 하천의 유량이 줄어드는 수문학적 가뭄으로 이어지며, 가뭄이 사회와 경제에 큰 악영향을 미칠 때 이를 ‘사회경제적 가뭄’이라고 부른다.
특히, 농업에 대한 의존도가 높은 사회나 국가에서는 사회경제적 가뭄으로 인한 영향이 심각하다. 2022년 세계적으로 극심한 봄철 가뭄이 발생했을 때, 농업이 주요 산업인 남아메리카 중앙 안데스 산맥 지역(페루 남부, 볼리비아 서부, 칠레 북부 등)이 다른 지역에 비해 경제적인 피해가 매우 컸다. 하지만 당시, 이를 연구할 인력과 재정이 부족해 2022년 발생한 가뭄의 원인에 대한 정확한 분석이 제한적이었다.
감종훈 교수는 이번 연구에서 11개의 서로 다른 기후 모델을 사용해 1951년 이후 가장 가뭄이 극심했던 2022년 당시 중앙 안데스 지역을 덮친 봄철 가뭄과 인간 활동의 영향을 분석했다.
기후모델 실험 결과, 사람들의 사회 · 경제적 활동으로 인하여 대기 중에...
2024-06-17
- 화공 전상민 교수팀, 당신의 한숨이 사람과 자연을 살린다면
- [전상민 교수팀, 수분으로 구동되는 세계 최고 수준의 에너지 하베스팅 기술 개발]
힘들거나 어려운 상황을 마주했을 때 사람들은 무의식적으로 한숨을 내쉬는데, 이는 신체적 · 심리적 스트레스를 해소하기 위한 자연스러운 현상이다. 그런데, 이 한숨으로 사람과 자연을 지킬 수 있다는 POSTECH(포항공과대학교)팀의 흥미로운 연구가 최근 발표돼 학계의 주목을 모으고 있다.
화학공학과 전상민 교수 · 통합과정 송민재 · 김대웅 씨 연구팀은 이온의 출입에 따라 전기적 환원반응을 나타내는 금속-유기 골격체*1를 사용해 수분 구동 발전기의 전력과 전류밀도를 높이는 데 성공했다. 이번 연구는 에너지 환경 분야 국제 학술지 중 하나인 ‘에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)’에 최근 게재됐다.
태양광이나 풍력 등 청정 에너지원으로 전기를 생산하는 에너지 하베스팅(energy harvesting)은 탄소 배출을 줄이고, 에너지 효율성과 지속 가능성을 높이는 친환경 기술이다. 공기 또는 사람의 날숨에 포함된 수분으로 전기를 생산하는 수분 구동 발전기(moisture-induced power generators)도 그중 하나다. 이 발전기는 수분을 흡수해 이온을 이동시키고, 전기화학적 반응을 일으켜 전기를 생산한다. 그런데, 수분 구동 발전기에 사용되는 기존 소자의 전력 출력값이 낮아 실제 사람들이 필요한 만큼 충분한 전력을 생산하기 어려웠다.
전극을 바꾸는 방식으로 전력 출력값을 높이려는 기존 연구들과 달리 연구팀은 활성 물질에 주목했다. 활성 물질은 수분을 흡수해 이온이 쉽게 이동할 수 있는 환경을 만들고, 전기화학 반응을 촉진해 전력 생산 효율을 높이는 물질로 수분 구동 발전기용 활성 물질은 현재까지 연구된 사례가 그리 많지 않다. 연구팀은 철(Fe)과 시안화물 이온(CN-)이 결합한 금속-유기 골격체인 베를린 그린(Berlin green)이라는 물질을 활성 물질로 사용해 수분 구동 발전기용 이중층(BGC/NC...
2024-06-14
- 기계/화공/전자 노준석 교수팀, 대면적 3차원 메타물질, 광학 센싱에 혁신 불러올까
- [POSTECH · 서울대 · 한밭대, 3차원 메타물질 성능 높일 새로운 방법 제시]
기계공학과 · 화학공학과 · 전자전기공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 양영환 · 김홍윤 씨, 서울대 기계공학과 최만수 교수 · 허창녕 씨, 한밭대 창의융합학과 정우익 교수 연구팀은 3D 에어로졸(aerosol) 나노 프린팅으로 빛의 편광과 진행 방향을 센싱하는 메타물질 기술을 개발했다. 이번 연구는 나노 분야 국제 학술지인 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 최근 게재됐다.
빛을 자유자재로 조절하는 메타물질 렌즈나 홀로그램 등 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 특히, 금속의 3차원 구조를 활용한 3차원 메타물질은 일종의 안테나처럼 빛을 수집하거나 방출하며 빛과 물질 간 상호작용을 극대화해 기존 광학 기기의 한계를 넘어설 혁신적인 기술로 알려져 있다.
현재 설계와 제조가 비교적 간단한 2차원 금속 구조 중심으로 연구가 많이 진행되고 있지만, 2차원 구조는 고정된 평면 내에서만 작용하기 때문에 메타표면이 가지는 광학적 특성을 다양화 · 최적화하는 데 한계가 있다.
2차원을 넘어 3차원으로 금속 나노구조를 만들면 빛이 반응할 수 있는 다양한 메커니즘을 하나의 나노구조로 구현할 수 있다. 이러한 3차원 금속 나노구조는 다양한 광 특성을 하나의 메타물질에 집약하여 다기능성 광센서를 제작하는 데 도움이 된다. 이번 연구에서 연구팀은 전기장을 제어하여 공기 중에 떠 있는 금속 나노 에어로졸로 원하는 형태의 3차원 나노구조물을 병렬 방식으로 대량 생산하는 ‘3D 에어로졸 나노 프린팅 기술’을 사용했다. 연구팀은 이 기술로 일반적인 온도와 압력 조건에서 금속 나노 에어로졸을 정밀하게 배치하고, 조립해 ‘파이(π)’ 형태를 가진 3D 금속 나노구조를 만드는 데 성공했다.
실험 결과, 연구팀의 3차원 금속 나노구조는 ‘국소 표면 플라즈몬 공명’과 ‘연속체 내 준결합 상태’라고 정의되는 두 가지의 독특한 광학적 현상을 동시에 보였다. ‘국소 표면 플라즈몬 공명...
2024-06-13
- 첨단원자력 김동언 교수팀, 초고속 이미징 기술 한계를 극복하고, 새로운 지평을 열다
- [POSTECH·MPK·우한연구소, 단일 주기 펄스로 전자 홀로그램 패턴 추출 및 조작 성공]
생물체를 이루는 세포나 분자 간 상호작용 메커니즘을 밝히거나 신소재를 개발하기 위해 물질의 구조 분석하는 연구는 원자 규모에서 진행된다. 이때, 미세한 변화를 거의 실시간으로 관찰할 수 있는 초고속 이미징 기술이 필수적인데, 최근 POSTECH(포항공과대학교) 김동언 교수팀이 기존 초고속 이미징 기술의 한계를 극복하고, 새로운 이정표를 제시했다.
첨단원자력공학부 김동언 교수(前 POSTECH 물리학 교수 · 막스플랑크 한국 · 포스텍연구소 아토초과학기술연구소 소장)는 중국과학원 소속 우한 물리수학연구소 라이(Lai) 교수팀과의 공동 연구를 통해 단일 주기 펄스로 광전자 홀로그램 패턴을 추출하고 조작하는 데 성공했다. 이번 연구는 국제 저명 학술지인 ‘빛: 과학과 응용 (Light: Science & Applications)’ 5월호에 게재됐다.
‘강한 전자기장 광전자 홀로그래피(strong-field photoelectron holography, 이하 SFPEH)’는 초고속 원자 · 분자 구조 이미징 기법 중 하나로 강한 전자기장에 의해 입자에서 방출된 광전자를 이용해 입자 구조를 홀로그램으로 구현한다. 기존 전자나 X선 회절에 비해 시간적 · 공간적 해상도가 뛰어나 훨씬 더 세밀하고 정확한 정보를 제공한다. 그러나 지금까지 SFPEH는 다주기 전자기장(multicycle field)을 사용해 주기 간 간섭 현상으로 데이터 해석과 연구 결과의 신뢰성이 떨어졌다.
이러한 간섭 문제를 해결하려면 주기 간 간섭현상이 없는 단일 주기 레이저 펄스를 사용해야 한다. 그러나, 단일 주기 펄스를 생성하고, 이를 정밀하게 유지하는 것은 기술적으로 매우 어려운 과제다. 김동언 교수는 이번 연구에서 최첨단 레이저 기술과 초고속 연구 시스템을 바탕으로 단일 주기 전자기장을 이용해 광전자 홀로그램을 구현하는 데 성공했다.
연구팀은 캐리어-봉투 위상(...
2024-06-12
