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- 곰팡이에 강한 내성 외에도 내부식성, 온도 및 화학 물질에 대한 내성 등 다양한 장점 보유   이구스의 무급유·무보수 폴리머 베어링독일기업 이구스(igus)가 자사의 폴리머 베어링 iglidur(이글리두어)를 대상으로 곰팡이 발생 테스트를 진행한 결과, 모든 이글리두어 재질이 곰팡이 및 박테리아 내성을 포함하고 있는 것으로 나타났다. 7가지 이글리두어 재질을 DIN EN ISA 846 A에 따라 미생물의 변화를 보는 해당 테스트는 곰팡이 및 박테리아에 대한 이구스 폴리머의 저항성을 알아보기 위해 시행됐다. 29도 온도에서 4주간의 기간을 두고 진행되었으며, 베어링 재질 변화와 곰팡이는 전혀 관찰되지 않았다. 테스트 결과는 이구스 폴리머가 미생물에 의해 분해 가능할 뿐만 아니라, 식품 원료로 사용될 수도 있음을 확인시켜 주었다. 건물 설계, 차량, 항공기 산업은 청정 공기 환경이 특히 중요시되는 산업들이다. 실내공기 정화를 위해 적절한 환기가 중요한 것만큼 설계자들에겐 곰팡이에 강한 부품을 사용하는 것이 무엇보다 중요하다. 곰팡이는 건강상 위험 요소일 뿐만 아니라 한 번 생기면 제거 또한 쉽지 않다. 환기 시스템에서 발생한 곰팡이의 경우 밀폐된 방, 차량, 건물로 공기 중에 영구 분포되고, 이는 쉽게 호흡기로 들어가게 된다. 설계자가 곰팡이에 강한 기계요소를 찾는 이유가 바로 이러한 위험을 피하기 위해서다. 이구스 폴리머는 그런 점에 있어 매우 적절한 소재이며, 테스트 결과로 이를 뒷받침했다. 위생적 환기 시스템 외에도 다양한 장점 뚜렷해 이구스 폴리머 베어링의 활용도가 가장 높은 곳은 환기 설비나 송풍/통풍 시스템이다. 곰팡이 생성을 억제해 위생적인 설계를 보장받을 수 있으며, 폴리머가 갖는 내부식성도 활용할 수 있다. 먼지에 둔감하며 세척이 쉽고 온도 및 화학 물질에 대해서도 내성이 있다. 항공기 적용의 경우, 폴리머 베어링은 위생적인 환기 시스템을 구현할 수 있다는 장점 외에도 급유와 유지보수가 필요 없다는 점과 기체의 경량화에도 큰 도움이 될 수 있다. 따라서 항공기 내부의 시트 조절 및 암 레스트 조절 부위, 갤리(주방), 수하물 보관함 등 다양한 적용이 가능하다. 이구스 홈페이지에서 제공되는 설계 툴은 온라인으로 제품을 쉽게 선정하고 수명을 계산할 수 있어 설계자들에게 매우 인기가 높다. igus® 온라인 툴: http://www.igus.kr/info/company-online-tools?utm_s웹사이트: http://www.igus.kr
취재부 2019-06-27
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- 퓨처레스토랑 레귤러식스의 로봇카페에 유니버설로봇 UR3e 설치 - 다양한 드립방식, 물줄기 조절 등 정교한 핸드 드립으로 일관된 품질의 커피 만들어로봇 카페 ‘라운지엑스’에서 핸드 드립을 선보이는 유니버설로봇의 UR3e협동로봇의 글로벌 선두주자 유니버설로봇(Universal Robots)이 지난 13일(목) 서울 강남 강남N타워 지하 2층에서 열린 퓨처레스토랑 ‘레귤러식스’의 오픈 행사에서 전문 바리스타처럼 정교한 핸드 드립 공정을 수행하는 모습이 공개되었다. 레귤러식스 내 로봇카페 ‘라운지엑스’에 설치된 유니버설로봇의 협동로봇은 UR3e로 바리스타들과 함께 일할 수 있도록 가까운 테이블 위에 설치되어 있다. 오픈된 공간에 설치되었기 때문에 카페를 찾은 소비자들은 UR3e가 핸드 드립을 하는 모습을 직접 확인할 수 있었다. 유니버설로봇의 협동로봇은 특유의 안전함으로 별도의 안전 펜스 없이도 설치 및 운용이 가능하기에 바리스타와 같은 공간에서 협업이 가능하다.‘바리스’라고 이름 붙여진 이 UR3e가 수행하는 핸드 드립 공정은 로봇 프로그래밍 전문가와 전문 바리스타들이 협업하여 수많은 시도 끝에 완성된 것이다. UR3e는 나선형, 꽃 그리기 등 다양한 드립 방식이 가능할 뿐만 아니라 물줄기까지 섬세하게 조정한다. 특히, UR3e에 의한 핸드 드립의 장점은 각자 다른 방식도 로봇이 하기에 매 순간 정교한 핸드 드립을 일관되게 수행하여 커피 맛이 보장된다는 점이다. 이 로봇 카페는 앞으로 UR3e에 적용된 로봇 핸드 드립 알고리즘에 다양한 바리스타들의 프로 파일을 적용하여 지속적으로 진화시켜나간다는 방침이다. 푸드테크 기업 라운지랩의 대표이자 육그램의 공동 창업자인 황성재 대표는 “우리는 사람과 로봇이 분리된 공간이 아닌 함께 공존하는 공간에 설치가 가능한 로봇을 원했다. 사람이 항상 균일한 맛을 내기는 힘들지만, 로봇은 가능하다. 특히 최근 니즈가 높아지고 있는 핸드 드립 방식의 경우 제조시간이 길고 물리적 부담이 크다는 점 때문에 로봇이 효율적으로 적용될 수 있었다. 뿐만 아니라 로봇이 커피를 타는 모습을 보는 사람들이 즐거워하는 모습을 확인할 수 있어서 보람을 느꼈다”고 전했다.한편, 레귤러식스는 ‘월향’, ‘산방돼지’, ‘조선횟집’, ‘평화옥’, ‘라운지엑스’, ‘육그램’ 등 서울의 먹거리를 만날 수 있는 외식업체들이 푸드와 테크의 만남을 목표로 기획한 퓨처레스토랑이다. 레귤러식스는 블록체인, 인공지능, 자율주행로봇, 협동로봇 등 최신 기술과의 기술협력을 통해 미래 기술이 적용된 푸드테크 공간을 지향한다.유니버설로봇의 김병호 부장은 “앞으로 이러한 푸드테크 스타트업 협력을 기대하며, 협동로봇은 기존의 전통적인 산업용 로봇과 다르게 인간에게 도움을 주고, 인간이 쉽게 활용할 수 있는 도구로서 가치가 실현되고 있다. 바리스타 로봇뿐만 아니라, 떡을 만드는 작은 공장의 협동작업, 호텔 식당에 간단한 요리를 지원하는 협동로봇 등 활용 사례가 올해 하반기에 공개될 예정”이라고 전했다. 
관리자 2019-06-27
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- 소방용 스프링클러 배관, 산업용 공정 배관, 내열 접착제, 인조모발 등 다양한 용도로 활용 가능왼쪽부터 백성협 수석연구원, 김양중 책임연구원, 진선정 수석연구원, 권혁칠 상무한화케미칼이 개발한 ‘내열성·내화학성이 우수한 염소화 폴리염화비닐(CPVC)’이 2019년 22주 차 IR52 장영실상을 수상했다. CPVC는 가장 흔히 쓰이는 플라스틱 소재인 일반 PVC보다 내열성, 내화학성 등이 우수해 소방용 스프링클러 배관, 산업용 공정 배관, 내열 접착제, 인조모발 등 다양한 용도로 활용 가능한 고부가가치 플라스틱 원료다. CPVC는 섭씨 93도 이상 고온 환경에서도 구조와 기능을 그대로 유지할 수 있고, 불에 잘 타지 않으며, 강도도 일반 PVC보다 2배 이상 높다.CPVC 국산화 개발 연구를 이끈 진선정 한화케미칼 종합기술연구센터 수석연구원은 “한화케미칼이 CPVC를 국산화하기 전에는 국내 업체들이 값비싼 CPVC 화합물을 수입해 사용해야 했다”라며, “국내 수요를 감안해 2012년부터 본격적으로 CPVC 개발에 착수했다”고 밝혔다. PVC에 들어가는 염소 함량을 늘려 CPVC를 만드는 과정은 고도의 기술력을 요구한다. 진 수석연구원은 “CPVC 제조에 사용되는 화학물질은 염소, 염산, 가성소다, 소금 등으로 독성이나 부식성이 강해 실험설비 구축에 많은 시간과 비용이 들어갔다”며, “실험 도중 1억 원짜리 화학 반응기를 2시간 만에 녹일 뻔한 적도 있었다”고 개발 과정의 어려움을 설명했다. 연구진은 기존 PVC 제조기술을 토대로 PVC 전체 부피 대비 공극(빈 공간) 비율(공극률)을 높여 빈틈 사이사이에 수지가 잘 충전되도록 해 생산성을 극대화했다. 특히 불필요한 반응 단계와 부산물을 줄이는 염소화 반응 최적화, 가변형 광 반응 기술(빛으로 제조공정 조절), 배합 기술 등을 적용해 경쟁 제품 대비 내열성, 인장 강도, 충격 강도가 우수한 CPVC를 만드는 데 성공했다. 2017년 4월 첫 시제품을 내놓은 한화케미칼의 CPVC는 미국위생안전기구(NSF)와 한국소방산업기술원(KFI)의 제품 품질 인증을 받았다.CPVC 세계 시장 규모는 올해 기준 5,500억 원으로 추정되는데 인도, 중동 등에서 온수용 배관을 중심으로 수요가 연 10%씩 증가하고 있다. 국내에서도 스프링클러 의무설치규정이 강화돼 CPVC 수요가 연 5~10%씩 증가하고 있는 추세다. 판매 초기에는 이미 자리를 잡고 있는 글로벌 업체들 때문에 수익성을 높이기가 어려웠지만, 현재는 생산공정을 최적화하면서 비용을 절감하고 판매처가 점점 늘어나면서 수익성이 개선되고 있다는 게 한화케미칼 설명이다. 한화케미칼 관계자는 “CPVC로 지난해 매출 250억 원을 올렸고, 올해 매출은 470억 원에 육박할 것”으로 예상했다. 
취재부 2019-06-11
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- 올해 21억 원 상당 국산 장비 최초 납품, 중앙아시아 수출 판로 열려- 텅스텐, 몰디브덴 등 희소금속 자원 공급처 확대 기대자원부국 우즈베키스탄에 국내 중소·중견기업들이 희소금속 가공 및 소재화에 필요한 장비를 납품하게 돼 중앙아시아로 향하는 새로운 수출 판로가 열렸다.올해 수출 품목은 용해로, 소결로, 연마기 등 17억 원 상당의 장비 27종과 4.3억 원 상당의 IT 종합정보공유 시스템이다. 해당 장비들은 한국과 우즈베키스탄 양국이 우즈베키스탄産 희소금속 소재 개발을 위해 공동 설립한 ‘한-우즈벡 희소금속센터’에 최초 도입된다.2019년 4월 우즈베키스탄 치르치크 지역에 설립된 ‘한-우즈벡 희소금속센터’ 전경생기원 이성일 원장(좌측 3번째 인물)이 ‘한-우즈벡 희소금속센터’ 연구진 및 관계자와 함께 희소금속 제품을 살펴보고 있다.‘한-우즈벡 희소금속센터(이하 센터)’는 한국생산기술연구원(이하 생기원, 원장 이성일)과 우즈베키스탄 국영기업 알말릭광업공사 주관으로 양국 정부지원 하에 2019년 4월 우즈베키스탄 치르치크 지역에 설립한 연구시설이다. 센터에는 단시간(약 20분) 내에 나노 크기의 분말을 소결할 수 있는 펄스전기소결로를 비롯해 생기원에서 신뢰성이 검증된 우수한 국산 장비들이 설치된다. 또한, IT 종합정보공유 시스템이 구축돼 모든 데이터가 클라우드 서버에 저장·공유되고 국내 연구진과의 실시간 화상회의도 지원해 국제 공동연구도 가능하다. ‘한-우즈벡 희소금속센터’에 도입되는 펄스전기소결로 ‘한-우즈벡 희소금속센터’에 도입되는 가압소결로‘한-우즈벡 희소금속센터’에 도입되는 유도가열용해로한편 동 센터는 인천 송도에 위치한 생기원 한국희소금속산업기술센터를 벤치마킹해 설립됐다. 알말릭광업공사는 센터 구축에 필요한 부지 및 건물, 시설, 장비 등 현지 비용 일체를 자체 재원으로 부담해 센터를 건립했으며, 생기원은 한국희소금속산업기술센터와 유사한 연구환경을 구축할 수 있도록 현재 활용 중인 공정 장비와 IT시스템의 도입·운영 방안을 기획하고 관련 인력 위탁 교육을 지원했다. 이는 ODA(공적개발원조)나 대외경제협력기금(EDCF)처럼 재원을 직접 제공하는 기존 방식과 달리, 한국의 앞선 경험과 지식을 기반으로 대상국의 자발적 투자와 협력을 이끌어 낸 새로운 형태의 지원 방식이다.센터는 우즈베키스탄에 풍부하게 매장된 텅스텐, 몰리브덴과 같은 고융점 희소금속*을 대상으로 광산에서 생산된 원료의 순도를 높이는 제련기술 고도화 연구에 먼저 착수했다.* 철이 녹는 온도인 1,535℃보다 녹는점이 높은 희소금속이를 기반으로 향후 반도체, 전자부품, 초경공구**에 활용할 수 있는 고부가가치 희소금속 소재 개발에 주력할 계획이다.** 경도가 다이아몬드에 가까울 정도로 높고 고온에서 내산화성이 뛰어난 공구텅스텐은 드릴 등 고강도 절삭공구나 탱크·대포 등의 전략무기 제조에, 몰리브덴은 강화 합금 제작 등에 주로 활용돼 제조업 전반에 걸쳐 산업적 가치가 높다.생기원 이성일 원장(좌측 3번째 인물)이 ‘한-우즈벡 희소금속센터’ 연구진 및관계자와 함께 공정 장비를 시찰하고 있다.생기원 이성일 원장은 “미·중 무역분쟁 격화로 희토류를 비롯한 희소금속 자원의 무기화가 우려되는 상황에서 대중국 자원 의존도를 낮추고, 희소금속 공급처 확대에 기여할 것으로 기대된다”라고 전했다.한편 우즈베키스탄은 텅스텐 매장량 세계 6위(생산량 19위), 몰리브덴 매장량 10위(생산량 12위)에 해당하는 국가로, 센터 운영을 통해 희소금속 소재화 기술을 국산화하여 관련 산업을 현대화하고 생산성을 높이겠다는 구상이다. 한국은 2018년 기준 총 800만 톤(9,500만 달러)에 달하는 희소금속을 우즈베키스탄에서 수입하고 있다.
관리자 2019-06-11
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오토데스크의 피터 로저스 이사, 금속 3D 프린팅 및 NETFABB 기능에 대해 발표   한국델켐은 오토데스크의 피터 로저스 이사가 다가오는 6월 27일 인사이드 3D 프린팅(Inside 3D Printing) 컨퍼런스에서 디자인과 금속 적층 시뮬레이션에 관련된 발표를 진행한다고 밝혔다. 인사이드 3D 프린팅 전시회는 세계 최대의 3D 프린팅 및 적층 제조 전문 이벤트로써 올해로 6회째를 맞이하고 있다. 피터 로져스 이사는 한국델켐이 국내 총판을 담당하고 있는 넷팹(NETFABB) 솔루션의 기술지원과 영업 분야를 총괄 담당하고 있다. 넷팹은 적층 제조 및 3D 프린팅의 최적화를 위한 전문 솔루션이다. 효율적인 빌드 준비 기능을 포함해 적층 제조의 최적화된 디자인 도구와 모델 편집 및 시뮬레이션 기능을 제공한다.최근 제조업 분야에서는 적층 제조기술을 도입하기 위한 일환 중 하나로 금속 3D 프린팅 기술에 대한 관심도가 높아지고 있다. 금속 3D 프린팅을 활용해 부품을 제작하고, 그 성과를 극대화하기 위해서는 준비 시간, 재료 사용량, 실패율을 최소화할 수 있는 전략이 필요하다. 피터 로져스 이사는 이번 컨퍼런스에서 ‘디자인과 시뮬레이션: 메탈 3D프린팅에서 소프트웨어의 역할’이라는 주제로 냉각 채널 금형 사례를 통해 금속 적층 시뮬레이션과 넷팹의 기능을 중점적으로 소개할 예정이다.피터 로저스 이사는 “넷팹은 금속 적층 제조를 위한 사전 검증 기능과 후공정에 필요한 CNC 작업 준비환경 등을 제공한다”라며, “이번 컨퍼런스에 참석하시어 금속 3D 프린팅의 최적화를 위한 솔루션에 대해 알아가시길 바란다”고 설명했다.문의: 한국델켐(주) 마케팅 팀 김유천 선임 스페셜리스트T. 02-6918-3821, E-mail. pr@delcam.co.kr
이용우 2019-06-07
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- 수소 생산·그래핀 합성·쓰레기 재활용, ‘일석삼조 기술’로 주목백종범 교수(오른쪽)와 가오 펭 박사(왼쪽)가 달걀 껍데기와 알코올 변환 반응을 진행한 뒤 생성된 그래핀을 손에 들고 있다달걀 껍데기(왼쪽)와 이 물질을 활용해 만든 그래핀(오른쪽)의 모습산화칼슘을 이용한 알코올 개질 과정 단계별 사진달걀 껍데기에 열을 가해 만든 산화칼슘(Before)에 알코올을 붓고 500℃로 온도를 높여주면(During), 수소가 생성되면서 산화칼슘 표면에 그래핀이 형성된다. 반응 후 생성된 수소는 포집하고, 남아있는 산화칼슘 표면의 그래핀은 간단한 산(acid) 처리로 떼어낼 수 있다. 반응 후(After) 산화칼슘의 색깔이 시커멓게 변한 이유는 그래핀이 형성됐기 때문이다.산화칼슘을 이용한 알코올 개질 과정 모식도산화칼šCaO)을 이용한 알코올의 개질 과정: 바이오매스 알코올은 식물의 광합성해 만든 자원을 기반으로 만들어진다. 이 물질의 구성성분을 활용해 다른 물질로 바꾸는 개질 과정을 진행하면 수소와 탄소 기반의 물질을 얻을 수 있다. 이번 연구에서는 알코올의 개질 과정에서 산화칼슘을 촉매로 써서 그래핀(BNPGr)과 고순도 수소를 생산해냈다. 이때 발생한 이산화탄소는 탄산칼슘으로 다시 변환되면서 산화칼슘 위에 얇은 층을 만드는데, 이 덕분에 탄소가 산화칼슘과 분리돼 얇게 한 층짜리 그래핀으로 합성된다.음식물 쓰레기로 여겨졌던 ‘달걀 껍데기’를 활용해 수소를 생산하는 기술이 나왔다. 알코올을 수소로 바꾸는 반응의 촉매로 쓰는 건데, 반응 후에는 껍데기 위에 그래핀이 합성된다. 쓰레기를 재활용하면서 수소와 그래핀을 만드는 일석삼조(一石三鳥) 기술이다.UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀은 달걀 껍데기의 주성분인 탄산칼슘(CaCO₃)으로 ‘산화칼슘(CaO)’을 만들고, 이 물질이 수소와 그래핀을 만드는 촉매로 활용 가능하다는 걸 밝혀냈다. 산화칼슘을 촉매로 쓰자 기존보다 낮은 온도에서 반응이 진행됐으며, 별다른 분리공정 없이 사용 가능한 수소가 만들어졌다. 반응과정에서 산화칼슘 위에 탄소(C)가 얇게 쌓여 그래핀이 합성됐으며, 간단한 처리만 하면 쉽게 떼어내 쓸 수 있다.수소는 물(H₂O)이나 탄화수소(CnH2n+2), 알코올(CnH2n+1OH) 등 수소를 포함한 물질에서 얻는다. 이때 화학 반응을 일으켜야 하는데, 반응마다 적절한 촉매가 필요하다. 산화칼슘은 ‘알코올에서 수소를 만들어내는 과정’에서 우수한 촉매 성능을 보였다.알코올은 식물이나 미생물 등을 발효시켜서 얻으므로, 앞으로도 계속 대량생산 가능한 친환경 에너지원이다. 알코올 성분이 수소와 탄소, 산소이므로 다른 유용한 형태로 변환할 수도 있다. 이미 예전부터 알코올에 700℃ 이상의 높은 온도를 가해 증기로 만들면서 수소와 탄소 기반의 물질로 바꾸는 기술이 쓰이고 있다.(알코올의 증기 개질) 그러나 700℃ 이상의 고온에서는 수소 외에도 메탄, 일산화탄소, 에틸렌 등의 부산물이 발생한다. 따라서 생산된 기체 중에서 수소만 따로 골라내는 공정이 더 필요하고, 수소 생산단가도 올라가게 된다.백종범 교수팀은 알코올을 이용한 수소 생산의 단점을 촉매로 해결했다. 달걀 껍데기를 이용해 만든 산화칼슘을 써서 반응온도를 500℃로 낮춘 것이다. 그 결과 생산된 기체의 99%가 수소였고, 그래핀(BNPGr)도 산(acid)으로 촉매(산화칼슘)를 제거하면 바로 쓸 수 있는 상태로 생산됐다.백종범 교수는 “산화칼슘은 값싼 물질인 데다 달걀 껍데기를 재활용해 만들 수 있으므로 친환경적”이라며, “생산된 수소나 그래핀 모두 별다른 분리과정 없이 이용할 수 있다는 점에서 경제성도 높다”고 설명했다.제1 저자로 연구를 주도한 UNIST 에너지 및 화학공학부의 가오-펑 한(Gao-Feng Han) 박사는 이번 연구를 위해 구내식당에서 달걀 껍데기를 모으는 일부터 시작했다. 모은 달걀 껍데기를 가열해 산화칼슘을 만들고, 이 물질을 알코올의 증기 개질의 촉매로 활용하고, 알코올이 수소와 그래핀으로 변환되는 원리와 이 과정에서 산화칼슘의 역할도 풀어냈다.** 밀도함수이론 계산법을 이용해 알코올이 산화칼슘 표면에서 촉매 반응을 통해 선택적으로 그래핀과 수소로 변환될 수 있음을 증명하고, 반응이 촉매 표면에서만 일어나면서 자체적으로 그래핀 성장을 제한해 고품질 단층 그래핀을 얻을 수 있다고 밝혔다.이번 연구는 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 최신호(4월 19일 자)에 실려 출판됐다. 중국 지린대학교의 칭 지앙(Qing Jiang) 교수와 지-웬 첸(Zhi-Wen Chen) 연구원도 이번 연구에 참여했다.연구지원은 과학기술정보통신부의 리더연구자지원사업(창의연구)과 교육부-한국연구재단이 주관하는 BK21 플러스사업, 우수과학연구센터(SRC), 창의소재발견프로그램으로 이뤄졌다.논문명: Low-Temperature Conversion of Alcohols into Bulky Nanoporous Graphene and Pure Hydrogen with Robust Selectivity on CaO자료문의: - 대외협력팀 장준용 팀장, 박태진 담당(052)217-1232- 에너지 및 화학공학부 백종범 교수(052)217-2510
이용우 2019-06-05
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- 광활성층 고분자 신소재 개발… 상온에서 광전변환효율 반 토막 문제 해결- 에너지 분야 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials(IF: 21.875)’ 온라인판 게재한국화학연구원 유기태양전지 연구진(왼쪽부터 송창은 박사, 신원석 박사, 샤프켓라술 박사과정생)3세대 태양전지인 유기태양전지*를 대량생산할 수 있는 길이 열렸다. 상온 25℃에서 롤투롤(Roll-to-roll) 인쇄공정에 적용 가능한 기술이 개발된 것이다. 롤투롤은 윤전기로 신문을 찍어내듯 태양전지를 필름 형태로 대량생산 하는 인쇄공정이다.* 유기태양전지는 유기물 자체의 손쉬운 가공성으로 인해 롤투롤 인쇄공정으로 유연한 소자 제작이 가능하며, 제조비용도 저렴하다. 이처럼 유연하고 투명한 데다 다채로운 색상 구현이 가능해 휴대용 웨어러블 소자, 아웃도어 제품, 인테리어 내장재 등 다양한 용도에 활용할 수 있다.지금까지 유기태양전지는 실험실에서 높은 광전변환효율(빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 효율)을 내지만, 실제 대량생산 환경에서는 효율이 반 토막 났다. 실험실의 고온 110℃에서는 단위 소자 기준 9%대의 효율을 기록한 반면, 실제 롤투롤 공정이 이뤄지는 상온 25℃에서는 4%대로 효율이 크게 떨어진 것이다. 이는 유기태양전지 광활성층(빛을 흡수해 전하를 생성하는 물질로 태양전지 효율을 결정)에 들어가는 고결정성 고분자 탓이다. 고결정성 고분자는 고분자가 규칙적으로 배열돼 전하 이동도를 높이지만, 고온이 아닌 상온 공정에서는 효율저하 문제를 일으킨다.한국화학연구원 송창은 박사(앞)와 샤프켓라술 박사과정생(뒤)이 유기태양전지의 광전변환효율을 측정하고 있다.한국화학연구원 신원석 박사가 이번에 개발한 유기태양전지에 대해 설명하고 있다.한국화학연구원 신원석·송창은 박사팀은 상온 25℃에서도 9.66%의 광전변환효율을 내는 유기태양전지를 개발했다. 유기태양전지의 광활성층에 자체 개발한 고결정성 고분자 신소재를 쓴 결과다.연구진은 기존 고결정성 고분자인 PNTz4T*에 MTC** 기능기를 도입해 새로운 고결정성 고분자 PNTz4T-5MTC를 만들었다. 태양전지는 고체 상태의 고분자를 녹인 후 기판 위에 코팅해 만드는데, 고결정성 고분자를 용해시키기 위해서는 고온을 가해야 한다. * PNTz4T: 디티오펜나프토싸이아디아졸과 디티오펜의 공중합 고분자**MTC: 에스터 작용기가 도입된 티오펜 이번 연구에서는 MTC 기능기 도입으로 인해 고결정성 고분자의 규칙성이 부분적으로 깨져 용해도가 높아졌다. 그 결과, 저온인 25℃에서도 고결정성 고분자가 잘 용해됐고, 기존의 PNTz4T 고분자를 사용해 고온인 110℃에서 태양전지 소자를 제작한 결과와 비슷한 광전변환효율을 냈다.다시 말해, 같은 상온 25℃에서 소자를 제작할 경우 새로 개발한 PNTz4T-5MTC 고분자를 도입한 유기태양전지의 광전변환효율(9.66%)이 기존 PNTz4T(4.81%)를 쓴 유기태양전지보다 2배 이상 높아진 것이다. 이번에 개발된 유기태양전지 대면적 모듈(10㎝×10㎝)고성능 대면적 유기태양전지 관련 실험결과(a) 대면적 유기태양전지의 단면 모식도, (b) 기존 광활성층 고분자 PNTz4T를 이용한 유기태양전지 대면적 모듈(효율: 4.29%) (c) 신규 광활성층 고분자 PNTz4T-5MTC를 도입한 유기태양전지 대면적 모듈(효율: 6.61%) (d) 대면적 유기태양전지의 효율측정을 위한 J-V 그래프바코팅(Bar coating) 공정을 통해 대면적 모듈(10㎝×10㎝)로 제작한 유기태양전지의 광전변환효율도 최고 6.61%를 기록했다. 바코팅은 고분자 용액을 빠르고 균일하게 인쇄해 태양전지나 디스플레이 등을 제조하는 공정이다. 바코팅 공정의 성공은 롤투롤 공정에서도 태양전지를 대면적으로 생산할 수 있다는 것을 의미한다.이번 연구를 주도한 한국화학연구원 신원석 박사는“롤투롤 공정에 적합한 유기태양전지 광활성 소재의 상용화에 한 걸음 더 다가설 수 있게 됐다”고 자평했다.이번에 개발한 유기태양전지는 할로겐 용매를 사용하지 않는다. 보통 광활성층 고분자는 고체 상태의 고분자를 녹여서 용액으로 만들어 인쇄하는데, 이때 할로겐 용매가 쓰인다. 하지만 할로겐 용매는 인체에 유해한 물질이어서 그동안 문제점으로 지적됐다. 이에 연구진은 광활성층 고분자를 용액으로 만드는 과정에서 비할로겐 용매를 이용하고서도 높은 용해도를 확보했다. 즉, 상온 25℃와 친환경 공정으로 유기태양전지를 만들 수 있게 된 것이다. 이번 연구결과에서 소자 제작과 분석을 수행한 송창은 박사는 “이번 연구결과가 그동안 유기태양전지 상업화의 걸림돌로 지적된 고온, 인체에 유해한 용매, 대면적 공정 문제를 해결하는데 중요한 기여를 할 것”이라고 말했다.이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials(IF: 21.875)’ 온라인판에 지난 4월 16일 ‘Room Temperature Processed Highly Efficient Large-Area Polymer Solar Cells Achieved with Molecular Engineering of Copolymers(분자 구조적 튜닝을 통한 상온 공정용 고효율 대면적 고분자 태양전지 개발)’로 게재됐다. 또한, 연구결과는 국내 특허 및 PCT 출원했다.이번 연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업, 한국화학연구원 주요사업 등의 지원을 받아 수행됐다.연구진 연락처: 신원석 한국화학연구원 화학소재연구본부 에너지소재연구센터- 전화 : 042-860-7106 - 이메일 : shinws@krict.re.kr 송창은 한국화학연구원 화학소재연구본부 에너지소재연구센터- 전화 : 042-860-7267 - 이메일 : songce@krict.re.kr 
이용우 2019-06-05