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한국과학기술연구원, 이산화탄소로부터 플라스틱 원료 생성하는 저가의 고내구성 촉매 개발

- 고부가가치 화학 원료 생산 및 온실가스 자원화 기술로 각광, 기후 변화 대응 기대화석 연료 기반의 에너지 소비는 대기 중의 이산화탄소 농도를 지속적으로 증가시키고, 지구온난화를 야기하고 있다. 2015년 UN의 新 기후변화협약에 따라 세계 각국은 온실가스 배출량을 감축하기 위해서, 이산화탄소를 사용하는 기술개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이 중에서 전기화학적 이산화탄소 전환은 태양광과 같은 신재생에너지기술과 융합할 수 있어 주목받고 있다. 특히, 이산화탄소와 물과 같은 풍부한 자연 원료로부터 고부가가치의 화학 원료를 직접 생산하게 된다면 경제적 가치 창출뿐 아니라, 이산화탄소 저감에도 기여할 수 있어 기후 변화 대응의 핵심기술이 될 것으로 기대된다.
이용우 2018-09-05
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UNIST 로드니 루오프 특훈교수팀, A5 크기·400㎚ 두께 접는 데 성공

- “접으면 더 강해져요!”… 12번 접은 ‘그래핀 복합체’- 그래핀 복합체 강도 높일 효과적 방법… Advanced Materials에 발표종이 한 장은 얇고 약하지만, 여러 번 접어 두꺼워진 종이는 단단하다. 종이처럼 얇은 그래핀(Graphene)도 접으면 접을수록 기계적 특성이 좋아진다. 최근 12번까지 그래핀 복합체를 접어 기계적 강도를 향상시킨 연구가 나와 주목받고 있다.UNIST(총장 정무영) 자연과학부의 로드니 루오프 특훈교수(기초과학연구원 다차원 탄소재료 연구단장)가 이끄는 연구진은 ‘접어서(folding)’ 대면적 단층 그래핀과 고분자를 결합한 복합체를 효과적으로 만들 수 있고, 기계적 특성(강성, 강도, 인성)까지 높일 수 있다는 걸 밝혔다.
관리자 2018-09-05
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UNIST 백종범 교수팀, 강자성 가지는 유기화합물 구조(p-TCNQ) 개발

- 순수한 유기화합물 자석으로 주목… Cell 자매지 ‘CHEM’ 저널 게재자석은 일반적으로 철을 비롯한 금속으로 만든다. 그런데 금속이 아니면서 자석 같은 성질(자성)을 지니는 물질이 개발됐다. 탄소 원자가 포함된 순수한 유기화합물이 실온에서 자성을 띠는 ‘플라스틱 자석’으로 구현된 최초 사례다.UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀은 TCNQ1라는 유기화합물에 반응을 일으켜 자성을 띠는 구조로 만드는 데 성공했다. “p-TCNQ”로 이름 붙여진 플라스틱 자석은 세계적 권위지 셀(Cell)의 자매지, 켐(CHEM)지 8월 2일 자에 공개됐다.
이용우 2018-09-05
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체온으로 전기 생산한다… 화학(연), 인쇄 공정으로 간단하게 만들 수 있는 유연한 열전소재 개발

- 국제 학술지인 Advanced Functional Materials 표지논문 선정한국화학연구원 조성윤 박사 연구팀은 열을 전기 에너지로 바꾸어주는 새로운 유연 열전소재를 개발했다. 기존 열전소재의 단점인 공기 중 취약성을 극복하고 인쇄 공정으로 간단하게 만들 수 있는데다 유연하게 휘어지는 특성도 가지고 있어, 향후 웨어러블 기기에 적용될 수 있는 새로운 가능성을 열었다.
이용우 2018-09-05
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코오롱플라스틱㈜, KOCETAL® 신규 고 내충격 소재 개발

- 높은 내충격 특성이 요구되는 특수제품용 homo-POM 대체 가능한 co-POM 개발- 가구, 장난감, 기어류, 스포츠 용품 등 다양한 application에 적용 가능한 신소재로 주목7개의 엔지니어링 플라스틱 소재군 KOCETAL®(POM), KOPA®(PA), SPE-SIN®(PBT), KOPET®(PET), KOPEL®(TPC-ET), KompoGTe®(LFT), KompoGTe®(Composite)을 생산·판매하고 있는 코오롱플라스틱㈜는 최근 고(高) 내충격 grade KOCETAL®(POM)을 새롭게 개발했다고 밝혔다.
이용우 2018-09-05
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UNIST 조재필 교수팀, 기존 양극 소재 대체 가능한 신물질 원천기술 개발

- 가격은 싸게! 에너지는 크게!… ‘고용량 배터리 소재’- 비싼 코발트 줄여도 용량 크고 안정적… ‘Nature Communications’ 게재배터리에 들어가는 코발트(Co)가 비싸지면서, 배터리의 가격 문제가 주목받고 있다. 이를 해결할 방법으로 ‘코발트양을 줄이면서 성능을 개선하는 기술’이 꼽히는데, UNIST(총장 정무영) 연구진이 관련 대안을 제시했다. UNIST 에너지 및 화학공학부의 조재필 교수팀은 중대형 배터리에 적합한 양극 소재인 ‘리튬 과잉 전이금속산화물’의 성능을 향상시킬 기술을 개발했다. 이 기술로 합성한 양극 소재는 표면 처리가 필요 없고, 기존보다 더 오래 쓸 수 있으며, 후공정이 단순하다. 특히 코발트 함량을 크게 줄여 가격경쟁력까지 확보했다.▲ 조재필 교수 조재필 교수는 “전기차를 비롯한 중대형 배터리용 양극 소재는 가격이 싸고 많은 에너지를 담아야 한다”며, “새로운 구조의 리튬 과잉 전이금속산화물은 용량이 큰 장점을 유지하고 단점을 개선한 데다, 코발트 함량도 최소화한 원천기술”이라고 강조했다. ▲ ‘무질서 구조의 리튬 과잉 전이금속산화물’의 원자 구조 변화 관찰: 투과전자현미경으로 기존 소재와 개발된 ‘무질서 구조의 리튬 과잉 전이금속산화물’의 원자 배열과 100회 충전/방전 후 원자 배열 변화를 관찰했다. 밝은 점들은 전이금속을 의미한다. 기존 리튬 과잉 전이금속산화물 소재는 밝은 점들이 매우 질서 있게 배열된 모습을 보인다. 하지만 무질서 구조 리튬 과잉 전이금속산화물의 경우 밝은 점들이 무질서하게 배열된 모습을 보여준다. 100회 충전/방전 후에 기존 소재의 경우, 원자들의 배열이 급격하게 변했으나, 무질서 구조의 소재는 변하지 않았음을 관찰할 수 있다.리튬 과잉 전이금속산화물은 1그램(g) 당 250밀리암페어(mAh)가 넘은 전기 에너지를 담는다. 현재 알려진 양극 소재 중에서 방전 용량이 가장 크다. 그 덕분에 전기 자동차(EV)나 대형 에너지 저장장치(ESS)에 적합한 양극 소재로 각광받고 있다.그러나 기존 리튬 과잉 전이금속산화물은 지속적인 충전과 방전 과정에서 작동 전압이 급격히 감소한다. 이는 배터리 성능을 크게 저하시키는데, 이 현상에 대한 정확한 분석이나 원인 규명이 아직 제대로 이뤄지지 않았다.조재필 교수팀은 이런 한계를 극복하기 위해 리튬 과잉 전이금속산화물의 미세구조를 바꿨다. 구조적으로 안정도화가 낮은 니켈을 미세구조 내에 많이, 또 무질서하게 존재하도록 내부 구조를 설계한 것이다. 또 고온에서 물질을 합성해 니켈의 구조 안정화도를 더욱 낮췄다.▲ 무질서 구조의 리튬 과잉 전이금속산화물 양극 소재를 개발한 UNIST 연구진(왼쪽부터 황재성, 조웅래, 진우영, 석박통합과정 연구원과 명승준 박사)제1저자인 명승준 UNIST 이차전지 연구센터(Battery R&D Center) 박사는 “무질서한 원자 배열이 산소와 전이금속 간 결합성을 높여 리튬이 지속적으로 드나들어도 구조를 안정적으로 유지시켰다”며, “리튬양이 많아져도 안정적으로 작동해 차세대 고에너지 양극 소재로 적용 가능성을 입증했다”고 설명했다.새로운 기술로 합성한 ‘무질서 구조의 리튬과잉 전이금속산화물’은 기존에 비해 전압강하율이 82% 줄어들었다. 또 현재 EV나 ESS에 주요 양극 소재로 사용되는 물질(NCM622, NCM811)에 비해 용량도 20% 이상 늘어났다. 이 물질의 코발트 함량도 기존 소재보다 20% 이상 적게 사용돼 가격 면에서도 경쟁력을 확보했다.▲ 기존 양극 소재(NCM811)과 ‘무질서 구조의 리튬 과잉 전이금속산화물’의 공정도 및 소재 조성 비교: 왼쪽 그림은 NCM811 소재보다 후공정이 단순하다는 걸 보여준다. 오른쪽 그림은 양극 소재로 많이 사용되는 NCM622 물질이나 NCM811보다 코발트(Co)의 함량이 20% 이상 적어 가격 측면에서 상당히 유리하다는 걸 보여준다.조재필 교수는 “리튬과잉 전이금속산화물의 고질적인 문제였던 전압강하를 원자 배열의 무질서화를 통해 효과적으로 개선했다”며, “코발트 함량을 최소화한 고에너지 밀도 양극 소재라 가격경쟁력이 확보된 데다 전체 공정이 비교적 간단해 대량생산도 가능하다”고 말했다.그는 이어 “이번에 개발한 양극 소재는 ‘저가형 고에너지 밀도 소재’로서 중대형 ESS에 성공적으로 적용 가능할 것”이라며, “차세대 양극 소재 개발과 배터리 성능 저하를 이해하는 폭넓은 시각을 제공할 것”이라고 기대했다.이 연구는 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 8월 16일자 온라인판에 게재됐다. 연구 수행은 울산광역시청과 산업통상자원부의 지원을 받아 이뤄졌다. • 논문명: Understanding voltage decay in lithium-excess layered cathode materials through oxygen-centred structural arrangement
관리자 2018-08-31
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충남연구원, ‘블루카본’ 인포그래픽 제작

- 온실가스 저감 경제적 가치 연간 15억 원▲ 충남연구원이 제작한 인포그래픽 제45호 블루카본 인포그래픽충남연구원(www.cni.re.kr)이 ‘블루카본(Blue Carbon)을 아시나요!?’ 인포그래픽을 지난 7월 25일 발표했다. 이번 인포그래픽은 6월 가진 ‘충남 연안 블루카본 가치평가 연구용역’ 최종보고회 자료를 기초로 아직 생소한 블루카본을 도민에게 쉽게 알리기 위해 제작되었다. 블루카본은 갯벌, 조개류, 해조류 등 해양생태계가 흡수하는 탄소로 육상 생태계보다 면적은 적지만 이산화탄소 흡수속도가 최대 50배가 빨라 기후변화에 대응하는 새로운 온실가스 저감 수단으로 주목받고 있다. 현재 충남도 내 갯벌, 조개류, 해조류를 통해 연간 흡수되는 연간 이산화탄소량은 총 6만여 톤이다. 이 중 해조류가 2만7,705톤으로 가장 많은 양을 흡수하고, 다음으로 갯벌(1만8,941톤), 조개류(1만4,305톤) 순으로 추정되었다. 경제적 가치로 환산하면 15억2,000만 원이다. 이러한 블루카본의 온실가스저감능력은 도내 비산업 부문 온실가스 감축 목표량의 12%에 해당하며 산림을 최대 716ha 조성하는 것과 같고, 승용차 2만5,000대가 배출하는 온실가스를 상쇄하는 효과를 보여주고 있다. 이에 충남연구원 서해안기후환경연구소 신우석 초빙책임연구원은 “앞으로 블루카본을 활성화하기 위해서는 블루카본 인식증진 교육 및 홍보, 탄소흡수원인 갯벌 생태계 조성, 해조류 및 조개류 양식기술 개선 및 품종 다양화에 초점을 맞춰야 한다”며, “블루카본이 육상 산림상쇄제도처럼 온실가스 저감수단으로 인정받을 수 있도록 많은 관심과 지원이 필요하다”라고 밝혔다. 
이용우 2018-08-20
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배터리 내부 관찰해 더 좋은 배터리 만든다

- 배터리 실시간 이미징 기술로 리튬금속 전지 성능향상 입증배터리 내부 관찰을 통해 성능이 향상된 리튬금속 전지가 개발되었다. ▲ 이현욱 교수는 고용량 배터리의 음극에 활용할 수 있는 리튬금속의 성능을 높일 기술을 개발하고, 이를 실시간 이미징 기술로 입증했다.배터리 실시간 이미징 전문가 이현욱 교수(울산과학기술원) 연구팀이 싱가포르 A 스타 연구소(A*Star)와의 공동연구를 통해 리튬금속 전지의 수명과 안정성을 향상시켰다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.리튬금속은 리튬이온전지의 에너지 용량을 끌어올릴 차세대 음극 물질로 주목된다. 음극 물질 중에서 구동 전압도 가장 낮고, 현재 상용화된 흑연 음극보다 용량이 10배가량 우수하다. 그러나 충‧방전 반응이 일어날 때 전극에 나뭇가지 모양으로 결정이 생겨 전지의 성능이 낮아지는 문제가 있었다.연구팀은 리튬금속 표면에 실리콘을 코팅해서 나뭇가지 모양의 결정이 성장하지 않도록 제어했다. 그 결과 전지의 성능도 개선되고, 수명도 더 길어졌다. 특히 배터리가 구동할 때의 반응을 실시간으로 관찰해, 개발된 리튬금속 전극이 어떤 원리로 성능이 개선되는지 시각적으로 입증했다. 일반 리튬금속 음극은 수지상 결정이 분리막을 뚫고 전지를 단락시키는 반면, 실리콘 코팅된 리튬금속 음극은 수지상 결정이 없어서 충전이 고르게 일어나고 부피 팽창된 모양도 안정적이다.▲ 실험의 개략도: (a)실리콘을 리튬금속 위에 기상 증착을 하면 (b)전지를 충·방전했을 때 고르게 리튬 증착이 일어난다. (c)반면 일반적인 리튬금속은 불규칙적으로 결정이 성장해 전지의 성능을 저하시킨다.▲ 현미경을 통해 배터리 내부 관찰: 배터리가 구동될 때 리튬금속 전극의 수지상 형성을 관찰한 결과, (e)일반 리튬금속 전극보다 (f)실리콘을 증착한 리튬금속 전극의 모양이 더욱 안정적이다. (a)전지의 성능과 (b)리튬금속의 불균일도에서도 실리콘을 증착한 경우에 더욱 안정적이다.이현욱 교수는 “이 연구는 리튬금속 음극 물질의 거동, 부피팽창 및 수지상 형성 현상을 이해하고 그 해결점을 제시한 것”이라며, “이렇게 직접 관찰한 결과를 실제 전지에 적용해, 리튬금속 전지 상용화에 기여할 수 있다”라고 연구의 의의를 설명했다.이 연구성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행됐다. 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 7월 6일에 게재됐다.
이용우 2018-08-20