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폭발 위험 없고 저렴한 레독스 흐름전지 개발
대표적인 2차전지인 리튬-이온 전지를 대체할 수 있는 수계 레독스 흐름 전지는 낮은 원가, 낮은 발화 위험, 그리고 20년 이상의 장수명 특성을 가져 신재생 에너지와 연계한 에너지 저장장치 (ESS, energy storage system)로 활용할 수 있다. 레독스 흐름전지로 가장 널리 사용되는 활성물질은 바나듐 원소이지만, 최근 바나듐의 원가 상승으로 인해 이를 대체할 수 있는 레독스 물질의 연구가 활발히 진행되고 있다.
우리 대학 화학과 변혜령, 백무현 교수 연구팀, POSTECH 화학과 서종철 교수팀이 공동연구를 통해 수계 레독스 흐름전지에 활용할 높은 용해도의 안정한 유기 활성 분자를 개발했다고 23일 밝혔다.
연구팀은 유기 분자의 설계를 통한 수계 레독스 흐름 전지 개발 연구에 집중하였다. 유기 분자는 다양한 합성 디자인을 통해 용해도, 전기화학적 레독스 전위 등을 조절할 수 있어 바나듐보다 높은 에너지 저장이 가능한 유망한 활성물질의 후보군이다. 대부분의 유기 레독스 활성 분자들은 낮은 용해도를 가지거나 레독스 반응 시 화학적 안정성이 낮은 문제점을 가지고 있다. 활성 분자들의 용해도가 낮으면 에너지 저장 용량이 낮아지며, 분자의 화학적 안정성이 낮으면 사이클 성능의 감소가 나타난다. 연구팀은 나프탈렌 다이이미드(naphthalene diimide, NDI)를 활성분자로 사용하였는데, NDI는 높은 전기화학적 안정성을 가짐에도 수계 전해액에서 낮은 용해도를 가져 지금까지 연구가 많이 이루어지지 않았다.
NDI 분자는 물에 거의 용해되지 않지만 연구팀은 NDI에 네 개의 암모늄 기능기를 도입하여 용해도를 최대 1.5 M*까지 상승시켰다. 또한, 1 M의 개발된 NDI 분자를 중성의 수계 레독스 흐름전지에 사용시 500 사이클 동안 약 98%의 용량이 유지됨을 확인하였다. 이는 한 사이클 당 약 0.004%의 용량만이 감소하며 총 45일간 작동 시 처음의 용량 대비 오로지 2%만이 감소됨을 의미한다. 또한 개발된 NDI는 한 분자당 2개의 전자를 저장할 수 있어 1 M의 NDI를 사용 시 약 2 M의 전자 저장이 가능함을 증명하였다. 참고로 고농도의 황산용액을 사용하는 바나듐 레독스 흐름 전지의 활성물질인 바나듐의 용해도는 약 1.6 M이며 전자 저장 수는 원소당 1개여서 총 1.6 M의 전자 저장이 가능하다. 따라서 개발한 NDI 활성 분자는 기존의 바나듐보다 높은 용량을 구현할 수 있다.
*1 M (mol/L) : 용액 1 L에 6.022 x 1023 개의 활성분자가 존재함을 의미함
싱 비크람 연구교수, 권성연, 최윤섭 박사과정 연구원이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스 머터리얼즈(Advanced Materials)' 2월 7일에 온라인으로 출판됐다. (논문명 : Controlling π–π interactions of highly soluble naphthalene diimide derivatives for neutral pH aqueous redox flow batteries). 또한 전자상자성 공명 분석의 우리 대학 화학과 이예림 박사과정 연구원 및 임미희 교수팀이 함께 연구를 수행했다.
변혜령 교수는 "기존에 낮은 용해도를 가지는 유기 활성 분자를 이용하여 레독스 흐름전지의 활성 분자로 사용할 수 있는 분자 디자인 원리를 보였다. 또한 레독스 반응에서 분자들이 결합하거나 분리되는 상호 결합력을 이용하여 라디칼로 형성된 분자들의 화학적 반응성을 억제할 수 있음을 보여주었다ˮ 라며 "향후 수계 레독스 흐름전지로 사용 시 고에너지밀도, 고용해도의 장점과 함께 중성의 수계 전해액을 사용할 수 있어, 기존의 바나듐 레독스 흐름전지의 산성용액 사용에서 오는 부식 문제 등을 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 사용하고 있는 리튬-이온전지 기반의 ESS는 화재의 위험이 높기 때문에 안전하고 저렴한 차세대 ESS의 개발이 필요하며 본 연구는 그 가능성을 보여준 것ˮ 이라고 말했다.
이번 연구는 삼성미래기술육성사업, 기초과학연구원, 재단한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2023.03.23
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유지환 교수, IEEE ICRA2020 Outstanding Reviewer Award 수상
우리 대학 건설및환경공학과 유지환 교수가 로봇분야 국제적 저명 학술대회인 IEEE ICRA(International Conference on Robotics and Automation) Outstanding Reviewer Award 수상자로 선정됐다.
시상은 2020년 5월 31일부터 온라인으로 개최된 2020년도 IEEE ICRA의 Award ceremony(6월 5일) 에서 수여됐다.
IEEE ICRA Outstanding Reviewer Award는, 세계 최대 규모의 국제 로봇학술대회인 IEEE ICRA에 출판되는 논문의 질적 향상을 위해, 건설적이고 양질의 논문심사를 제공한 심사위원을 매년 선정하여 수여하는 상으로, 올해는 예년에 비하여 약 3배정도 많은 9425명의 심사위원 가운데, 편집위원의 추천을 거쳐 유지환 교수를 포함하여 최종 4명의 수상자가 선정됐다.
2020.06.08
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예종철 교수, 국제 응용 역문제 학회 기조강연
〈 예종철 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 교수가 응용 수학분야 대표 학회 중 하나인 국제 응용 역문제 학회(Applied Inverse Problems Conference)에서 기조연설자로 선정돼 강연을 진행했다.
예 교수는 7월 11일 프랑스 그랑노블에서 열린 제10회 AIP 학회에서 세계 각국의 응용수학자 8백여 명을 대상으로 ‘역문제를 위한 인공지능 네트워크의 기하학적인 구조의 이해(Understanding Geometry of Encoder-Decoder CNN for Inverse Problems)’라는 주제로 영상처리 및 역문제에 사용되는 인공지능기술의 현황을 소개하고, 예 교수가 개척해 온 인공지능망의 기하학적인 구조에 대한 최신 이론을 발표했다.
예 교수는 의료 영상 복원 등 다양한 역문제에 적용되는 인공지능 기술을 개척하고, 이것이 동작하는 원리에 대한 기하학적인 구조를 밝히는 등 역문제 분야 인공지능 기술을 주도하는 점을 인정받아 이번 기조연설자로 선정됐다.
예 교수는 기조연설을 통해 “인공지능기술은 블랙박스가 아니라 조합적인 표현되는 최적화된 기저함수로서 이해할 수 있으며, 인공지능은 기존의 조화분석론(harmonic analysis)의 지평을 확대할 수 있는 새로운 수학 분야로 떠오르고 있다”라고 말했다.
또한 “인공지능은 기존의 질병 진단을 뛰어넘어 의사들의 진료를 더 정확하게 도우며 환자의 편의를 극대화할 수 있는 고화질, 저선량, 고속 촬영 기술을 가능하게 한 핵심기술로 떠오르고 있으므로 많은 연구가 필요하다”라고 인공지능 기술이 나아가야 할 미래방향을 제시했다.
2019.07.25
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백무현 교수, 타이타늄 촉매반응으로 화학소재 올레핀 합성 성공
〈 백 무 현 교수 〉
우리 대학 화학과 백무현 교수 연구팀이 우리 주변에 흔한 타이타늄(Titanium) 촉매를 활용해 플라스틱, 의약품 원료로 사용하는 올레핀(olefins) 합성에 성공했다.
석유화학산업 분야 주요 소재인 올레핀은 보통 800℃ 고온으로 석유를 증기 분해(steam cracking)해 제조한다. 매우 높은 열과 에너지가 투입되고 이산화탄소 등 온실가스가 발생하는 것이 단점이다.
연구결과는 27일 국제학술지 네이처 케미스트리에 게재됐다.
기초과학연구원 분자활성 촉매반응 연구단의 부연구단장으로 재직 중인 백무현 교수는 계산화학을 통해 타이타늄을 최적의 촉매로 선택했고 탄화수소(hydrocarbon)의 수소를 선택적으로 없애는 탈수소반응을 구현했다. 이로써 기존 공정에 비해 10분의 1정도 낮은 온도(75℃)에서 올레핀을 합성했다.
올레핀은 플라스틱, 고분자 화합물, 의약품 등에 활용하는 기초 원료이다. 활용도가 커 올레핀 합성 과정은 많은 연구자들이 연구주제로 삼고 있다.
올레핀은 탄화수소가 수소를 잃으면서 탄소(C) 두 개가 이중결합(C=C)해 생성되는데 증기 분해 방식은 반응 중 탄소-탄소 결합이 끊어져 올레핀 혼합물이나 다른 탄화수소들이 합성되는 단점이 있다. 또 석유 대신 천연가스에서 올레핀을 합성하려면 온실가스가 발생해 오염과 공해 문제가 뒤따랐다.
화학자들은 석유와 천연가스 등 탄화수소 화합물을 가공하거나 분해할 때 열과 에너지를 적게 사용하고, 환경오염이 덜한 화학반응을 구현하기 위해 다양한 촉매반응을 연구했다.
탄소와 수소만으로 결합된 탄화수소는 두 분자 간 결합이 매우 강하기 때문에 결합을 끊고 반응을 유도하는 촉매 개발이 주요 과제였다. 이리듐(Iridium), 로듐(rhodium), 루테늄(ruthenium) 등 전이금속을 촉매로 적용했으나 비용이 너무 비싸 실제 산업에 활용하기는 어려웠다.
백 부단장은 비싼 전이금속 보다 수십 배 저렴한 타이타늄을 촉매로 적용했다. 백 부단장은 밀도범함수를 활용한 계산 화학을 통해 최적의 촉매 후보물질로 타이타늄을 제안했고 미국 펜실베니아대학 연구진은 약 75℃에서 탈수소반응이 성공적으로 이뤄졌음을 실험으로 확인했다.
지난해 이리듐 촉매로 메탄가스의 강력한 탄소-수소 결합을 분해한 데 이어 이번 연구에서도 계산화학으로 정확한 촉매를 예측했다. 또 탈수소반응에 이리듐 촉매를 활용할 때 탄화수소가 이성질화(isomerization) 되는 문제도 타이타늄 촉매로 해결됨을 관찰했다.
백 교수는 “이리듐은 반응성이 매우 크지만 값이 비싸고 구하기 어렵다. 반면 타이타늄은 값이 매우 저렴하고 구하기 쉽다”며 “향후 타이타늄 촉매의 반응성과 효율성을 높인다면 기존 올레핀 합성공정의 비용이 줄어들 것”이라고 말했다.
이번 연구는 미국 펜실베니아 대학의 대니얼 민디올라(Daniel J. Mindiola) 교수 그룹과 공동으로 진행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 연구진이 제안한 타이타늄 촉매를 활용한 탈수소반응 메커니즘
그림2. 밀도범함수를 활용한 계산화학으로 본 탈수소반응 메커니즘
2017.06.28
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원광연 교수, '아웃스탠딩 리더십 어워드' 수상
우리학교는 문화기술대학원 원광연 교수가 지난 6일 캐나다 밴쿠버에서 열린 국제디지털미디어아트학회 연례 컨퍼런스에서 ‘아웃스탠딩 리더십 어워드(Outstanding Leadership Award)’를 수상했다.
원광연 교수는 세계 최초로 문화기술(CT, Culture Technology)이라는 개념을 정립하는 한편 2005년 9월 KAIST 문화기술대학원 설립을 주도하는 등 국제사회에 문화기술을 선도한 업적으로 공로를 인정받았다.
국제디지털미디어아트학회는 디지털미디어의 디자인과 예술을 중점적으로 다루는 국제학회인데 지난 2002년 미국 학자들과 디자이너 및 아티스트 등 다양한 영역의 전문가들이 주도해 설립됐다.
한편, 원광연 교수는 이날(6일) 어워드 수락 연설에서 “CT라는 용어가 한국에서 처음 탄생했지만 학문적, 산업적 측면 모두 과학기술과 문화예술의 접목이 점차 중요해지고 있는 사회적 현상 때문에 이젠 국제적으로 통용될 만큼 성장했다”고 강조했다.(끝)
2010.11.09
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전기및전자공학과 이수영 교수, APNNA 수상
전기및전자공학과 이수영 교수가 지난 12월 3일 방콕에서 열린 ICONIP2009 기간 중에 뇌정보처리 메카니즘의 이해 및 공학적 응용에 대한 연구업적으로 APNNA (Asia-Pacific Neural Network Assembly) Outstanding Achievement Award 를 수상했다.
APNNA는 1994년에 아시아와 태평양 지역의 신경정보처리 연구단체의 협의회로 구성되어, 매년 ICONIP2009 (International Conference on Neural Information Processing)을 개최하는 등 연구자들의 구심체 역할을 수행했다. 뇌정보처리 메카니즘의 이해 및 공학적 응용을 연구하는 신경회로망 분야에서 미국 주도의 INNS (International Neural network Society),유럽의 ENNS (European Neural Network Society)와 대응하는 아시아-태평양 지역의 대표기관으로 일본, 한국, 중국, 대만, 싱가폴, 호주, 뉴질랜드, 인도, 태국 등이 참여하고 있다.
2004년부터 APNNA Outstanding Achievement Award 와 APNNA Excellent Service Award를 수여하고 있다.특히, Outstanding Achievement Award 는 평생의 연구업적을 기반으로 매년 한 사람에게만 수여하는 최고의 상이다.
일본 RIKEN Brain Science Institute 의 소장이던 Shun-ichi Amari 박사,Neocognitron 신경회로망 모델의 창시자인 Kunihiko Fukushima 박사 등이 수상했다.
2009.12.21
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전자전산학과 이강민 학생, Outstanding Design 상 수상
Asian Solid-State Circuits Conference (A-SSCC) Design Contest 에서
Outstanding Design Award 수상
지난 2005년 11월 1일부터 3일까지 대만 Hsinchu에서 첫 회로 열린 Asian Solid-State Circuits Conference에서 유회준 교수 연구실 박사 4년차 이강민 학생이 Outstanding Design Award를 수상하는 영예를 안았다.
이 논문은 MP-SoC (Multi-Processor System-on-Chip) 에서의 차세대 온-칩 통신구조로 각광을 받고 있는 Network-on-Chip의 저전력 설계 및 구현에 관한 것이다.
기존의 버스구조의 성능 및 Scalability 한계를 극복하기 위해 제안된 Network-on-Chip은 현재의 Computer Network (Internet) 과 유사한 개념인 Packet Switched Crossbar Fabric을 사용하여 온-칩 Processing Element간의 충분한 대역폭과 QoS를 보장한다.
본 Design에서는 두 개의 RISC 프로세서와 여러 개의 메모리를 집적하고 이 들 사이의 Network은 1.6GHz의 높은 주파수를 사용하여 89.6Gb/s의 대역폭을 제공하면서도 새로 제안된 스위치-부분구동 방법과 Serial-link의 저전력 Coding 알고리즘을 적용하여 최대 51mW의 저전력을 소비하도록 설계되었다.
집적된 Processor 및 Slave Memory들은 모두 Frequency Scaling이 가능하며 서로 다른 주파수를 사용하더라도 Network을 통해 서로 통신이 가능한 구조로 구현되었다. 또한 제작된 칩 4개를 하나의 BGA Package안에 집적함으로써 더 크고 복잡한 시스템으로 확장이 가능한 Network-in-Package라는 개념을 제시하고 시연하기도 하였다.
본 Design은 올 2006년 2월에 샌프란시스코에서 열리는 반도체 최고의 학회인 ISSCC (International Solid-State Circuits Conference) 에 초대되어 발표할 수 있는 영광도 얻게 되었다.
이강민 학생은 "새로운 분야인 만큼 연구 및 설계 방향에 대한 고민도 많았지만 Team-work을 바탕으로 꾸준히 노력한 결과의 결실이라고 생각한다. 국내에서는 Network-on-Chip에 관한 연구가 유럽이나 미국에서만큼 활발히 진행되고 있진 않으나, 이러한 연구가 앞으로 5년 이내에 Industry에서 꼭 필요할 것이라 믿는다. 본 연구실은 현재 그 선도적인 역할을 하고 있으며 계속해서 세계적으로 훌륭한 연구 성과를 낼 수 있도록 노력과 고민을 게을리 하지 않을 것이다"고 소감을 말했다.
2006.02.06
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KAIST, 카벤디쉬연구소와 MoU 체결
KAIST는 4월 26일(영국 시간) 영국 케임브리지 대학교에서 이 대학 카벤디쉬(Cavendish)연구소와 연구협력센터 설립을 위한 양해각서(MoU)를 체결하였다.
이 양해각서에 따라 카벤디쉬 연구소는 올해 상반기 중 KAIST에 `카벤디쉬-KAIST 연구협력센터"를 설립하게 되며, KAIST도 케임브리지 대학내에 연구협력사무소를 설치할 예정이다.
양측은 이 센터를 통해 연구협력 과제를 공동 발굴하고 과학자들의 상호 교류도 추진해 나갈 계획이다.
KAIST 관계자는 "협력분야는 나노전자학, 스핀전자학, 광전자학, 바이오물리학 등 카벤디쉬연구소의 강점 분야에서 시작해 점차 우리 전략기술 분야로 확대할 방침"이라고 말했다.
카벤디쉬 연구소는 전자파이론을 제창한 맥스웰(J.C Maxwell), 전자를 발견한 톰슨(J.J. Thomson), DNA 이중나선구조를 밝혀낸 크릭(Crick).왓슨(Watson) 등을 비롯, 지금까지 모두 28명의 노벨상 수상자를 배출한 세계 최고의 기초과학분야 연구기관이다.
특히 최근에는 천체 물리학, 고체 물리학, 나노 전자학, 바이오 물리학 등에서 탁월한 연구성과를 거두고 있어 국내 기초연구역량을 획기적으로 높일수 있는 계기가 될 것으로 기대된다.
2004.05.11
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