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UNIST 박수진-최남순 교수팀, 늘어나는 배터리용 분리막 소재 개발

- 고무처럼 늘어나는 분리막, 스트레처블 배터리 실현!- 고무 기반 다공성 막 성형기술… Advanced Energy Materials 게재▲ 고무처럼 쭉쭉 늘어나는 배터리용 분리막고무처럼 ‘늘어나는 배터리(stretchable battery)’를 완성할 기술이 개발됐다. 배터리의 양극과 음극 사이에 들어가는 ‘분리막’을 늘어나게 만든 최초의 시도다.UNIST(총장 정무영, unist-kor.unist.ac.kr) 에너지 및 화학공학부의 박수진-최남순 교수팀은 ‘늘어나는 배터리’에 적합한 ‘늘어나는 분리막’을 개발했다. 분리막은 양극, 음극, 전해질과 더불어 배터리를 구성하는 핵심요소 중 하나다. 양극과 음극 사이를 분리함으로써 단락 현상을 막고, 이온의 이동통로를 제공한다.기존 ‘늘어나는 배터리’ 연구는 전극 물질이나 배터리 시스템 변형에 초점을 두고 진행됐다. 이때 분리막은 주로 ‘겔(gel) 고분자 전해질’이나 ‘부직포 형태’를 썼는데, 제조과정이 복잡하고 비쌌다. 이에 박수진-최남순 교수팀은 간단하고 값싼 방법을 이용해 분리막 자체를 늘어나는 형태로 개발하는 방법을 제시했다.▲ 연신성 분리막 제조와 연신성 수계 리튬이온전지로 적용: (위) 대규모 생산 가능한 비용매 유도 상전이법을 통한 연신성 분리막 제조과정. (아래) 연신성 분리막을 기존 리튬이온배터리 시스템에 적용할 경우와 연신성 수계 리튬이온전지로 응용할 경우 성능을 보여주는 그래프.연구진은 ‘스티렌-부타디엔-스티렌 고무(Styrene-Butadiene-Styrene rubber, SBS 고무)’를 재료로 써서 늘어나는 성질, 즉 연신성(延伸性)을 확보했다. 또 이 물질을 용매에 녹였다가 다른 용매에 담가 상(相)을 분리 시키는 ‘상전이(相轉移) 방법’을 써서 균일한 구멍을 많이 형성했다. 이렇게 만든 ‘늘어나는 분리막’은 기존 리튬이온배터리에서 정상 작동했을 뿐 아니라 2배 이상 늘려도 분리막 역할을 잘 수행했다.SBS 고무는 고유한 특성 때문에 어떤 용매에서는 잘 녹고, 어떤 용매에서는 잘 녹지 않는다. 만약 SBS 고무를 잘 녹이는 용매 속에서 다른 용매가 섞이면, 증발시킬 때 다공성 구조가 만들어진다. SBS 고무를 잘 녹이지 못하는 용매가 사이사이에 끼어들어 구멍이 만들어지는 것이다.▲ 다공성 분리막의 다양한 기공 구조조절과 물성 조절: (위쪽) 용매와 비용매 사이의 친화도를 조절해 다양한 기공 구조를 변화시킨 모습. (아래) 고분자 농도를 조절해 다공성 막의 물성을 변화시킴(신축성, 기계적 내구성).제1저자인 신명수 UNIST 에너지공학과 박사과정 연구원은 “고무 재료가 다양한 용매와 상호작용하면서 여러 가지 다공성 구조를 만들게 된다”며, “그 결과 배터리용 분리막에 적절한 다공성 구조를 가지면서 고무처럼 잘 늘어나는 연신성을 유지할 수 있다”고 설명했다.또 다른 1저자인 송우진 UNIST 박사는 “상전이 방법은 다양한 고분자에 적용 가능한데, 늘어나는 배터리용 분리막 제조에는 처음 시도됐다”며, “재료와 용매, 상전이 조건 등을 조정하면 원하는 특성을 만들어낼 수 있다”고 설명했다.▲ 늘어나는 분리막을 개발한 UNIST 연구진. 왼쪽부터 신명수 연구원, 박수진 교수, 최남순 교수, 송우진 박사연구진은 ‘늘어나는 분리막’을 현재 대중적으로 사용하는 ‘유기 전해질 기반 리튬이온배터리’에 적용했다. 그 결과 정상일 때는 물론 2배 이상 늘어난 상태에서도 분리막 기능을 제대로 수행했다. 또 폭발 위험성이 없는 차세대 이차전지인 ‘수계 전해질 기반 리튬이온배터리’에 적용하자 배터리 성능 자체를 높였다.최남순 교수는 “이번 연구에서 유기 전해질 기반 리튬이온배터리뿐 아니라 수계 전해질 기반 시스템에도 적용할 수 있는 분리막이라는 걸 입증했다”라며, “겔 고분자 전해질을 주로 사용해왔던 배터리 시스템에도 적용 가능할 것”이라고 내다봤다.연구 전반을 주도한 박수진 교수는 “이번 성과는 상전이 방법으로 늘어나는 배터리의 분리막을 개발하고 적용한 최초의 사례”라며, “배터리 분야뿐만 아니라 다양한 웨어러블(wearable) 기기 분야에 적용 가능한 ‘다공성 막’ 제작 기술로 자리 잡을 것”이라고 전망했다.이번 연구는 에너지 분야에서 권위를 인정받고 있는 국제 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials) 6월 21일 자 온라인판에 발표됐다. 연구 지원은 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업(나노 기반 소프트일렉트로닉스 연구단)을 통해 이뤄졌다.

이용우 2018-07-11

현대자동차, 국립공원관리공단과 친환경 파트너십 구축 MOU 체결

이용우 2018-07-09

현대모비스, 안개 끼지 않는 램프 세계 최초 개발

- 플라스틱에 각종 첨가제 적용한 신소재 개발… 생산 중인 램프 全 제품에 일괄 적용- 헤드램프 각 구성품에 강성 우수하고 유동성 좋은 신소재 적용해 20% 경량화도 성공 현대모비스가 글로벌 램프 업체들의 난제로 여겨졌던 안개 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 신소재를 세계 최초로 개발해 생산중인 램프 제품에 일괄 적용했다. 이에 더해 램프 각 구성 부품의 소재를 새롭게 개발 적용해 무게를 20% 이상 경량화 하는데도 성공했다. 현대모비스는 램프 안개 문제를 근본적으로 해결하기 위해 국내 소재업체인 이니츠社(SK케미칼 자회사)와 손을 잡고 소재 개발에 착수, 1년 6개월 만에 가스가 발생하지 않는 플라스틱 신소재 개발에 성공했다. 이 과정에서 기존 전량 수입에 의존하던 해당 소재를 국산화하는데 성공하고, 국내외 공동특허출원도 진행 중이다. 램프 안개 문제는 램프 내부의 플라스틱 구성품에서 발생한 가스가 벽면에 흡착돼 뿌옇게 착색되는 현상이다. 미관상 좋지 않을 뿐만 아니라 배광성능을 떨어뜨려 안전을 위협할 수도 있다. 고온에서 가스가 발생하는 플라스틱의 물리적 성질에서 기인하는 것으로 글로벌 선진업체들의 헤드램프에서도 발생하고 있다. 이에 모든 글로벌 업체들이 해결방법을 고심하고 있지만 램프는 소재개발 조건이 굉장히 까다로워 근본적인 해결보다는 램프 내부구조를 변경해 문제를 피하는데 그치고 있다. 실제로 램프는 내부온도가 200℃까지 오르고, 내·외부 온도차이가 심해 습기에도 강해야 하며, 강한 진동에도 구성품이 흔들리지 않도록 강성을 확보해야 하는 등 충족시켜야 할 조건들이 많다. 현대모비스는 이 같은 난제들을 해결하기 위해 기존 플라스틱 소재에 유리섬유를 추가해 강성을 확보하고 여기에 고분자량 첨가제를 적용해 다양한 조건을 충족하면서도 가스가 발생하지 않는 신소재 개발에 성공한 것이다. 현대모비스는 신소재를 생산 중인 헤드램프 전체에 적용해 안개 문제를 일괄적으로 해결했다. 일반적인 신기술과는 달리 소재기술은 개발되는 즉시 적용이 가능하고, 또 특정 부품군 전체에 일괄 적용할 수 있어 파급력이 크다. 또한 현대모비스는 무게가 5~6kg에 달하는 헤드램프를 20% 이상 경량화할 수 있는 소재개발에도 성공했다. 유동성이 좋은 소재를 사용해 렌즈, 베젤, 리플렉터, 하우징 등 헤드램프 각 구성품의 두께를 얇게 만든 것이다.현대모비스는 경량화 소재개발로 원가절감, 램프기능 향상을 함께 이뤄냈다. 두께가 얇아지면 소재가 그만큼 덜 소요되기 때문에 원가가 절감되고, 플라스틱 소재가 그만큼 수분을 덜 머금어 습기에도 강해진다.현대모비스는 신소재 적용을 통해 한 단계 업그레이드한 램프기술을 바탕으로 해외 완성차 업체 공략에 속도를 낸다는 방침이다. 램프가 기능뿐만 아니라 차량의 외관 디자인을 구분 짓는 대표적인 감성부품인 만큼, 현대모비스는 안개 문제를 근본적으로 해결한 제품이 글로벌 수주경쟁에서 우위를 점할 수 있을 것으로 기대하고 있다.현대모비스 램프는 글로벌 완성차 업체들로부터 품질이 우수하다는 평가를 받으며 2010년부터 지금까지 총 34억 달러 규모를 수주한 대표적인 수출품목이다. 현대모비스 샤시의장연구소장 김세일 전무는 “램프는 소재의 물리적인 특성에 따른 자연스러운 결로현상에 대해서도 불량으로 인식될 정도로 기능적인 부분뿐만 아니라 미적인 부분에 대한 기준이 높은 부품”이라며, “기술개발에 박차를 가해 미래차에 적용되는 혁신적인 램프 소재를 지속적으로 선보이겠다”고 말했다. 현대모비스는 향후 숨겨진 패턴이 드러나는 표면처리 기술이나, 운전자 취향에 따라 헤드램프 색을 바꿀 수 있는 특수 안료 기술 등 다양한 램프 관련 신소재를 확보한다는 방침이다. 현대모비스는 지난 2016년에도 극한 환경 속에서도 오랫동안 렌즈를 보호할 수 있는 하드코팅 기술을 세계 최초로 확보하는 등 개발조건이 까다로운 램프 소재 분야에서 뚜렷한 성과를 이어나가고 있다. 한편 현대모비스는 서산주행시험장에 세계 최장 길이의 터널시험 로를 갖추고, 상대차량 운전자의 눈부심을 차단할 수 있는 지능형 헤드램프 기술(IFS, Intelligent Front-lighting System)이나 3D 효과를 낼 수 있는 리어램프 기술 등 차세대 램프 기술개발에도 박차를 가하고 있다.

이용우 2018-07-09

㈜락앤락, 감성적인 수채화 일러스트를 적용한 ‘러스터 보틀’ 2종 선보여

- 신진 작가와의 협업을 통해 동화처럼 포근한 느낌을 전하는 물병 탄생 - 유용한 550㎖ 용량에 한 손에 잡히는 슬림한 디자인, 여름철 데일리 물병으로 안성맞춤 글로벌 생활용품기업 ㈜락앤락(대표 김성훈, www.locknlock.com)이 한편의 동화 같은 수채화 일러스트가 담긴 ‘러스터 보틀’ 2종을 출시했다. 신제품 ‘러스터 보틀’은 신진 작가와의 협업을 통해 탄생한 물병으로, 동물과 꽃, 자연을 따뜻한 감성으로 그려낸 일러스트가 돋보이는 제품이다. 연필로 그린 손 그림에 맑은 수채화가 더해져 마치 동화와 같이 편안하고 포근한 느낌을 전한다. 락앤락 ‘러스터 보틀’은 숲속 아기 곰과 다람쥐, 정겨운 오리가족 등 각기 다른 일러스트가 적용된 2종으로 구성됐다. 비스페놀A 우려 없는 트라이탄 소재로 남녀노소 안심하고 사용할 수 있으며, 스테인리스 뚜껑은 뛰어난 내구성과 세련된 분위기까지 선사한다. 넉넉한 550㎖ 용량이지만 한 손에 잡히는 슬림한 디자인, 그리고 뚜껑내부 실리콘 패킹이 누수를 막아줘 여름철 데일리 물병으로도 안성맞춤이다.㈜락앤락 상품개발본부의 홍덕희 전무는 “이제는 단순히 건강을 위한 물 마시기 차원을 벗어나 물병 사용이 가진 친환경적 메시지가 중요해지고 있다”며, “물병 사용에 대한 사회적 관심이 늘어나고 있는 만큼, 신진 작가와의 협업을 통한 차별화된 디자인의 ‘러스터 보틀’ 또한 디자인과 개성을 중시하는 2030 세대 소비자에게 좋은 반응을 얻을 것으로 기대한다”고 말했다. 신제품 ‘러스터 보틀’은 락앤락 직‧가맹점 및 온라인 쇼핑몰 락앤락몰(www.locknlockmall.com)과 대형할인점에서 구입할 수 있다.

이용우 2018-07-09

이구스, e스킨으로 프라운호퍼(Fraunhofer) 청정기술상 수상

- 완전 밀폐가 가능해 높은 내분진성과 방수성 자랑▲ ISO 1등급의 이구스 e스킨이구스가 독일 프라운호퍼 협회에서 주관하는 시상식에서 청정기술부문 주름형 e스킨으로 은상을 수상했다고 지난 7월 4일 밝혔다. 클린룸 적용을 위해 만들어진 e스킨은 프라운호퍼 테스트 기준으로 ISO 클래스 1을 만족하는 제품이다. e스킨은 내마모에 최적화된 플라스틱으로 제작된다. 분리가능한 상·하부 쉘은 간편한 지퍼형식으로 완전 밀폐가 가능해 높은 내분진성과 방수성을 자랑한다. 이는 클린룸 적합성은 물론 케이블과 호스의 쉬운 충진을 보장한다. e스킨은 초경량 제품으로 픽 앤 플레이스 어플리케이션과 같은 작은 설치 공간에 알맞다. 더욱이 다른 주름 호스와 달리 재료의 강성, 특수한 주름 형상 및 모션 설계로 짧은 비지지 주행거리에 적합하다. 이구스는 자체 테스트 룸에서 실제 환경과 동일한 조건으로 e스킨을 테스트 하고 있다. e스킨에 대한 더 자세한 정보는 온라인(www.igus.kr/e-skin)을 통해 확인 가능하다.

이용우 2018-07-09

유니버설로봇, 에스벤 오스터가드 CTO ‘2018 Engelberger Robotics’ 수상

- 로봇업계의 가장 중요한 기술발전 중 하나인 ‘협동로봇’ 개발을 진두지휘미국로봇산업협회(RIA)는 유니버설로봇의 에스벤 오스터가드(Esben Østergard)를 로봇산업계의 노벨상인 ‘2018 Engelberger Robotics’ 수상자로 선정한다고 발표했다.에스벤 오스터가드 CTO는 유니버설로봇에서 지난 수십 년 동안 로봇업계의 가장 중요한 기술발전 중 하나인 ‘협동로봇’ 개발을 진두지휘하고 있다.▲ 유니버설로봇 CTO 에스벤 오스터가드(Esben Østergaard)유니버설로봇은 인간의 옆에서 안전하게 작동할 수 있는 세계 최초의 상용로봇을 2008년에 출시했으나 ‘인간-로봇 협동’이라는 개념이 생소한 시장에서 커다란 재정적 위기를 맞이했다. 그러나 이후 에스벤 오스터가드 CTO와 그의 팀은 작업하는데 안전할 뿐만 아니라 가볍고 사용하기 쉬우며 유연한 로봇을 업계에 제공해 시장을 선도했다. 이러한 성과를 바탕으로 유니버설로봇은 전 세계에 판매되는 전체 협동로봇 중 현재 58%의 점유율을 차지하고 있으며 2017년에는 72%의 고속성장을 이룸으로써 협동로봇계의 선두기업으로 자리매김했다.오스터가드 CTO는 “로봇으로 산업생산을 혁신한 조셉 엥겔버거(Joseph Engelberger)의 이름을 딴 상을 받게 되어 큰 영광으로 생각한다. 로봇은 공장에서 다양한 작업을 처리할 수 있어야 한다는 엥겔버거(Engelberger)의 생각은 유니버설로봇의 핵심 사명과도 맥락을 같이 하며, 그의 업적을 깊이 존경한다”고 밝혔다.▲ 조셉 엥겔버거(Joseph Engelberger, 1925-2015)오스터가드 CTO는 직관적인 테블릿 인터페이스를 개발한 개발자 팀을 이끌고 있다. 이들은 사용자에게 친숙하면서도 정교한 3D 로봇 프로그래밍을 처음으로 선보인 팀이다. 이를 통해 프로그래밍 경험이 전무한 사용자도 UR 로봇을 신속하게 설치해 작동시킬 수 있다.또한 “우리는 공장자동화 제어능력을 인간에게 되돌려주고자 한다. 그러기 위하여 로봇이 인력을 대체하지 않고 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 도구가 되어주고자 한다. 인간은 로봇처럼 일하는 대신 ‘로봇 프로그래머’가 되어 부가가치가 높은 작업에 집중할 수 있도록 하는 것이다. 인간의 창의력과 로봇의 반복성을 접목시키는 이러한 재배치는, 높은 수준의 시장발전과 고객요구에 대응하는 것이다. 제품과 제품을 만드는 사람에게 모두 나타나는 질적 변화라 할 수 있다”라고 전하며, 오스터가드 CTO는 지금도 협동로봇계의 변화를 꾀하고 있다.

이용우 2018-07-09

오스람-콘티넨탈 합작투자회사 ‘오스람 콘티넨탈’ 출범

이용우 2018-07-09

㈜락앤락, 혼합음료 제조에 안성맞춤인 ‘쉐이크잇 보틀’ 4종 출시

- 분리 가능한 두 개의 용기가 장착돼 각종 파우더 및 알약 등 담아 다니기에 유용 - 돌출형 입수구로 입을 대고 마시기 편리, 다 마신 후에는 2/3로 부피를 줄일 수 있어 간편 글로벌 생활용품 기업 ㈜락앤락(대표 김성훈, www.locknlock.com)이 각종 영양 파우더나 곡물가루 등을 혼합해 손쉽게 음료로 즐길 수 있는 ‘쉐이크잇 보틀’ 4종을 출시했다. 락앤락 신제품 ‘쉐이크잇 보틀’은 식사대용 건강음료, 운동 시 영양보충을 위한 단백질음료 등의 제조에 안성맞춤으로, 특히 헬스족이나 다이어트족에게 매우 유용한 제품이다. 올인원(All in One) 물병이라는 말이 무색하지 않게 뚜껑부터 쉐이커, 파우더 케이스, 알약 케이스, 알약 칸막이 등 총 7가지 구성이 하나의 물병으로 조립 가능한 것이 특징이다. ‘쉐이크잇 보틀’ 내부에는 쉐이커 볼이 들어 있어 가볍게 흔들기 만해도 바닥부분에 있는 내용물까지 남김없이 골고루 섞어 준다. 물통 하단에는 탈부착 가능한 두 개의 용기가 장착돼, 각종 파우더나 헬스보충제, 알약 등을 담아 간편하게 보관할 수 있어, 어디서든 장소의 구애 없이 간편하게 쉐이커를 만들어 먹을 수 있다.600㎖ 넉넉한 용량에 몸체에는 별도의 눈금이 있어서 마신 양을 체크할 수 있으며, 돌출형 입수구로 운동 중에도 흘리지 않고 마시기에도 편리하다. 음료를 다 마신 후에는 파우더 용기를 물병에 넣으면 부피를 2/3으로 줄일 수도 있어 사용 편의성까지 높였다. ㈜락앤락 상품개발본부의 홍덕희 전무는 “여름을 맞아 건강관리를 위해 선식이나 단백질 음료 등을 챙겨 다니는 소비자가 많아진 만큼, 별도의 준비물 없이 간편한 음료제조가 가능한 기능성 물병을 선보이게 되었다”며, “쉐이커 음료 외에도 반죽이나 드레싱 등 요리 시에도 다각도로 활용할 수 있다”고 말했다. 신제품 ‘쉐이크잇 보틀’은 락앤락 직·가맹점 및 온라인 쇼핑몰 락앤락몰(www.locknlockmall.com)에서 구입할 수 있다.

이용우 2018-07-09