한국원자력연구원은 물을 전기분해하는 수전해(water electrolysis) 기술을 활용한 삼중수소 분리 기술에서 이온 전달 역할을 하는 고분자전해질막에 그래핀(graphene)박막을 추가 결합해 삼중수소 분리 성능을 획기적으로 개선한 수전해 복합 신소재 개발에 성공했다고 22일 밝혔다. 해체기술개발부 박찬우 박사 연구팀은 기존 고분자전해질막에 원자 두께의 얇은 그래핀 박막을 코팅해 복합막을 만들고, 전기화학 반응을 위한 전극을 양쪽에 접합해 삼중수소 분리용 수전해 신소재를 개발했다. 이에 연구팀은 수소 외에 삼중수소 등의 동위원소 이온들이 전극에 이동하는 것을 일차적으로 걸러주는 거름막으로 그래핀 박막을 추가해 삼중수소 분리 효과를 극대화했다. 이는 원자의 질량이 무거울수록 그래핀 박막의 좁은 육각형 탄소 고리를 통과하는데 더 높은 에너지가 필요하다는 점을 활용한 것이다. 즉, 수소보다 질량이 높은 삼중수소 등의 동위원소는 그래핀 박막을 통과하기 어려워 대부분 폐액에 남게 되고 소수만 전극에 도달한다. 이마저 수소이온 결합으로 수소 기체를 발생시키는 과정에서 대부분 제외되어 폐액에 잔류하게 된다. 연구팀이 개발한 복합 신소재는 기존 상용제품 대비 삼중수소 분리 성능(수소-삼중수소 분리계수 기준)이 약 1.4~2배 정도 높다. 특히, 삼중수소수를 1회만 처리해도 배출되는 수소 기체에서 삼중수소 비율을 1/15 이하로 줄일 수 있어 국내의 배기 중 배출관리 기준 충족에도 도움이 된다.

한국화학연구원(원장 이영국) 이수연, 김태호 박사팀은 최근 연구 논문에서 자체 개발한 이온겔 전기 이중층과 내구성이 좋은 양전하 소재를 적용해, 누설전류 최소화와 전력 생산 극대화, 1만회 반복 사용에도 성능 유지가 가능한 고출력 마찰 발전 소재 기술을 선보였다. 연구팀은 마찰 소재와 전극 사이에 ‘이온 겔 전기 이중층(iEDL, Ionic Electric Double Layer)’ 소재를 추가해 전류 누설 문제를 해결하고 전력 발생량을 높였다. ‘이온겔 전기 이중층’은 전해질과 전극 표면 사이에 형성되는 두 개의 전하 층을 의미하는데, 여기서는 이온성 액체를 얇게 굳힌 막을 이용해, 마찰 후 생성된 전하 상태가 유지되도록 안정적으로 고정시키는 역할을 맡았다. 연구팀은 앞으로 후속 연구를 통해 발생된 전기를 동시에 효율적으로 저장할 수 있는 소자 개발과 고효율 독립 전원 시스템 구축이 성공한다면 2030년경 실용화가 가능할 것으로 예상하고 있다.

한국원자력연구원은 동위원소연구부 조은하 박사 연구팀이 방사성 표지의약품인 ‘캐리엠아이비지(131I)주사액’의 수출을 위한 ‘초저온 운송용기’를 개발해 북미(미국), 유럽(폴란드), 아시아(일본, 인도) 세 개 대륙으로의 운송 시험에 성공했다고 3일 밝혔다. 연구팀이 개발한 ‘초저온 운송용기’는 가로·세로·높이 50cm 규격의 용기로 초저온 환경을 구현하고 작은 충격에도 대비한 설계가 특징이다. 연구팀은 실제 운송시험도 진행해 미국, 폴란드, 일본, 인도에 모두 성공적으로 운송용기가 도착한 것을 확인했다. 용기 내부 온도기록계를 통해 6일 동안 –60℃가 유지된 것을 확인하고, 내용물 또한 모두 이상이 없었다.

한국원자력연구원은 세계 최고 수준의 온도 안정성을 갖춘 친환경 비납계 압전소재 기술 개발에 성공했다고 28일 밝혔다. 기기안전진단연구부 박규현 선임연구원과 이민구 책임연구원 연구팀은 기존 비납계 압전세라믹 소재가 온도에 따라 압전성능이 감소하거나 증가하는 불안정성을 해결하기 위해 오히려 이 현상을 이용했다. 온도에 따라 상반된 압전성능 변화를 보이는 두 소재를 번갈아 쌓은 적측형 압전복합소재를 개발해 문제를 해결한 것이다. 먼저, 온도가 높아질수록 압전성능이 감소하는 ‘칼륨 소듐 니오베이트((K,Na)NbO3, 이하 KNN)’계 물질과 반대로 압전성능이 높아지는 ‘비스무트페라이트(BiFeO3, 이하 BF)’계 물질을 층으로 쌓아 복합소재를 만들었다. 이 복합소재는 복합비율에 따라 온도 안정성의 차이가 있었는데, 연구팀은 많은 실험 끝에 KNN계 물질이 43%일 때 최적 비율임을 밝혀냈다. 이 때 300℃까지 압전성능 변화 비율이 최대 4.7%로 유지되었다. 이는 기존 비납계 압전세라믹 소재의 온도 안정성이 최대 100~150℃(압전성능 변화율 10% 이내)인 것과 비교하면 2배 이상 향상된 결과로 세계 최고 수준의 성능을 자랑한다. 또한, 기존에 300℃의 고온에서 사용하던 압전물질이 대부분 비스무스 층상구조(Bi-layered structure)로 압전성능을 의미하는 압전상수가 20 이하에 불과하다. 반면, 연구팀이 활용한 두 가지 물질은 페로브스카이트 구조(perovskite structure)로 압전상수가 최소 150 이상으로 고온에서도 압전성능이 우수하다는 장점이 있다.

정부출연연구원이 개발한 디스플레이 소자 설계 및 공정기술이 공공팹(Fab)에 기술이전되어 디스플레이 분야 기술 개발은 물론, 소부장 기업 지원에 적극 활용될 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 충남 테크노파크 디스플레이 혁신공정단에 ‘산화물 박막트랜지스터(TFT) 기반 디스플레이 백플레인 기술 및 OLED 소자 기술’을 6억원에 기술이전 하기로 계약을 체결했다고 밝혔다. ETRI가 이전한 기술은 초실감메타버스연구소 실감소자연구본부에서 개발한 디스플레이 소자/패널 기술이다.

한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진/ 이하 재료연) 에너지․환경재료연구본부 김재호, 송명관 박사 연구팀이 부산대 오진우 교수 및 공주대 최진우 교수와 공동 연구를 통해, 하이브리드 바이오 나노구조체를 개발하고, 이를 이용해 영하 80℃ 및 상온 150℃까지 고성능과 안정성을 가진 섬유형 태양전지와 섬유형 유기 발광 다이오드를 제작하는 데 성공했다. 연구팀은 해당 섬유형 태양전지의 광전효율은 40%, 섬유형 유기 발광 다이오드의 발광효율은 48% 증가했음을 확인했다. 기존 금속나노입자의 보편적인 코팅 방법 중 하나인 ‘스핀코팅’ 방법은 누구나 빠르고 간단하게 박막을 만들 수 있는 장점이 있지만, 금속나노입자를 균일하고 질서정연하게 코팅할 수 없다는 단점이 있었다. 이를 개선하고자 연구팀은 금속나노입자를 균일하고 질서정연하게 배치하는 특성을 가진 바이오 물질 ‘M13 박테리오파지’를 합성했다. M13 박테리오파지는 금속 양이온과 결합하는 활성기를 가져, 모든 금속 양이온을 일정하게 배열한다. 따라서, M13 박테리오파지를 합성한 하이브리드 바이오 나노구조체는 공기와 수분에 높은 안정성을 가져, 이를 이용해 고성능의 섬유형 태양전지와 섬유형 유기발광 다이오드를 제작할 수 있다. 또한 극한환경(영하 80℃ 및 상온 150℃) 및 세탁 특성도 매우 우수한 특성을 나타냈음을 확인했다.

한국화학연구원(원장 이영국) 김도엽 박사 연구팀은 최근 발표된 연구에서, 이차전지 내 리튬금속의 제어 불가능한 마구잡이식 성장으로 성능과 안전성을 저해하던 문제를 해결하는 새로운 리튬 복합소재를 개발하였다. 연구팀이 개발한 고 안정성 리튬 복합소재는 향후 후속 연구 및 상업화 연구를 통해 차세대 리튬이차전지로 주목받고 있는 리튬금속전지, 리튬황전지, 리튬공기전지 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이에 연구팀은 이온전도성이 높고 덴드라이트를 잘 억제할 수 있는 소재를 최초로 도입하여,리튬을 고르게 잘 성장시키면서 리튬이온도 잘 전달하는 새로운 이차전지 음극 복합소재를 개발하였다. 기존의 복합소재 제조 기술은 고온 등의 조건 하에 리튬과의 반응이 필요한 방식이었다면, 본 연구에서는 리튬이온을 잘 전달하는 소재*를 리튬금속과 물리적으로 섞는 매우 손쉬운 방법으로 복합소재를 제조하였다. 개발된 리튬 복합소재를 테스트한 결과, 일반 리튬금속에 비해 리튬 덴드라이트 성장이 확연히 줄어들었으며, 이에 따라 전지의 수명이 3배 이상 증가한 것을 확인하였다. 일반 리튬금속을 적용하면 70회 충·방전 이후 용량 감소율이 커지는 반면, 개발된 소재를 적용하면 250회 충·방전 후에도 급격한 용량 감소 없이 안정적으로 구동하였다. 또한 충·방전 속도가 일정 조건에서 20% 이상 증가한 것을 확인하였다.

전기분해를 통해 친환경 그린수소를 생산하는 수전해 기술은 한국형 탄소중립 100대 기술 중 하나인 핵심기술이다. 여러 수전해 방식 중 음이온교환막 수전해*(AEMWE; Anion Exchange Membrane Water Electrolysis) 방식은 고순도 수소를 경제적으로 생산할 수 있는 차세대 유망 기술로 떠오르고 있다. 이런 가운데, 국내 연구진이 이 기술의 핵심 소재이자 세계 최고 수준의 성능 및 내구성을 갖는 음이온교환막 소재를 개발하였다. 한국화학연구원(원장 이영국) 이장용·김성준 박사 연구팀은 최근 연구 논문에서 음이온 교환막 수전해 장치에 적용 시, 해외 상용 소재 대비 성능 및 내구성이 월등히 향상된 고분자량화 폴리카바졸계 음이온교환 소재 기술을 선보였다. 그린수소 생산 기술 중 음이온교환막 수전해 방식은 기존 기술의 단점을 보완하고 장점을 함께 갖춘 차세대 기술로 주목받고 있다. 이에 따라 핵심 소재인 음이온교환막 관련 시장은 2021년에서 2029년 기간 동안 연평균 성장률(CAGR) 5.2%로 성장하여 2029년에는 시장 규모가 약 10억 1천 7백만 달러에 이를 것으로 예측되고 있다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 초고감도 단파장 적외선(SWIR, short wavelength infrared) 센서에 쓰이는 고품질 화합물 반도체 소재 개발에 성공했습니다. SWIR 센서는 대역의 특성상 어두운 환경에서도 선명한 시각 정보를 제공합니다. 또한 물체로부터 반사되는 적외선과 물체가 직접 방출하는 적외선 모두를 탐지할 수 있습니다. 야시경을 비롯한 군사 장비에 주로 활용되어왔으나 최근에는 자율주행 차량부터 반도체 공정 모니터링, 식물 성장을 관찰하는 스마트팜 카메라까지 쓰임이 다양해지고 있습니다. 적외선 센서에서 빛(광신호)을 감지하고 전기 신호로 변환하는 역할은 반도체 소재가 수행합니다. 첨단분야에 활용되는 SWIR 센서에는 두 종류 이상의 원소를 결합한 화합물 반도체가 사용됩니다. 단일 원소 기반인 실리콘 반도체에 비해 전자 이동성이 월등히 높아 미량의 빛도 민감하게 감지할 수 있고, 전력 효율도 뛰어나기 때문입니다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 인공지능 기반으로 딥러닝 알고리즘을 활용하여 화장품의 다양한 질감 특성을 측정하고 화장품의 발림성을 효과적으로 분석할 수 있는 시스템을 개발했다고 밝혔습니다. 이번에 ETRI가 개발한 기술은 딥러닝 학습과 단시간 푸리에 변환(STFT) 및 연속 웨이블릿 변환(CWT) 기법을 통해 화장품을 피부에 바를 때 나타나는 마찰력 측정값의 변화, 즉 발림성의 변화를 분석했습니다. 연구진은 피부에 화장품을 바르는 행위와 유사한 환경에서 데이터를 획득했습니다. 그리고 시간에 따라 변화하는 1차원의 마찰 신호를 2차원의 주파수 스펙트럼 형태로 재해석하여 원하는 시간-주파수 혼합 신호를 추출, 분석했습니다. 이러한 기법을 활용하여 결과값의 정확도를 99% 이상으로 높일 수 있었습니다. 본 기술은 발림성 분석 결과를 통해 젊은 여성, 중년 남성, 유아 등 남녀노소별 또는 계절별로 가장 적합한 화장품을 추천하는 데 이용할 수 있습니다. 또한, 사람의 감각에 의존하여 발림성을 평가하는 현재의 전통적인 전문가 관능 평가 방식을 대체할 수 있습니다.