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육종민 교수, 나트륨 이차전지의 음극 소재 원리 규명
〈 왼쪽부터 육종민 교수, 박재열 박사과정, 박지수 박사과정 〉
우리 대학 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 황화구리를 기반으로 한 나트륨 이차전지 전극 재료의 나트륨 저장 원리를 밝혔다.
나트륨 이차전지는 1일 1회 충, 방전 시 5년 이상 사용할 수 있는 우수한 성능을 가진 전지로, 이번 연구를 통해 수명이 긴 전극 재료 개발에 기여할 것으로 예상된다.
연구팀의 이번 연구는 높은 저장 용량을 가지는 소재의 충. 방전 반복에 따른 열화 방지 관련 핵심원리를 규명했다는 점에서 의의가 있다. 황화구리는 지구상에 풍부한 구리와 황으로 이뤄져 있어 다른 나트륨 저장 소재 대비 경쟁력이 높아 나트륨 전지의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대된다.
박재열 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Sciences)’ 6월호 표지논문(Inside back cover)에 선정됐다. (논문명 : Pulverization-tolerance and capacity recovery of copper sulfide for high performance sodium storage)
리튬 이온 전지는 휴대전화, 전기차 등 일상과 밀접한 다양한 곳에 사용된다. 리튬 이온 전지의 원자재인 리튬, 코발트, 니켈 등은 매장지역이 한정돼 있어 가격 흐름이 매우 불안정하다. 2018년에는 수요가 급등해 공급량이 부족해져 리튬과 코발트 가격이 한때 3배 이상 급등하기도 했다.
이런 문제를 해결하기 위해 리튬 이온 전지의 대안으로 나트륨 이온 전지가 주목받고 있다. 리튬이 지구 지표면에 0.005%만 존재하는 반면 나트륨은 그 500배 이상인 2.6% 존재해 원자재 공급 문제를 해결할 수 있다. 따라서 리튬 이온 전지 대비 저렴한 가격으로 같은 용량의 에너지를 저장할 수 있을 것으로 전망된다.
하지만 리튬 이온 전지의 음극 재료인 흑연은 나트륨의 저장에 적합하지 않다. 그 이유는 흑연 층 사이에 리튬 이온들이 삽입(intercalation)되며 저장되는데 나트륨 이온을 저장하기에는 흑연의 층간 거리가 너무 좁기 때문이다.
비슷한 이유로 다른 삽입반응을 거치는 나트륨 저장물질들도 저장 용량이 낮다. 낮은 저장 용량 문제를 해결하기 위해서는 높은 저장 용량을 얻을 수 있는 전환(conversion)반응이나 합금(alloying) 반응을 거치는 물질을 사용해야만 한다. 그러나 이 두 가지 반응을 이용하면 부피팽창이 너무 커지고 급격한 결정구조의 변화에 따라 입자가 분쇄돼 성능이 빠르게 저하된다.
육 교수 연구팀은 일반적인 통념과 달리 황화구리는 전환반응을 거침에도 불구하고 오히려 저장 용량이 회복되며 안정적인 충, 방전이 가능하다는 사실을 발견했고 그 원리를 투과전자현미경을 이용해 관찰했다. 그 결과 전환반응에서 유사 정합 경계면 (두 상 혹은 두 결정립 사이의 결정 격자의 합이 잘 맞는 경계면) 을 형성해 입자의 분쇄를 막아준다는 사실을 밝혀냈다.
일반적인 전환반응의 경우 전환반응 전후의 결정구조가 완전히 다르고 부피팽창도 크기 때문에 입자가 분쇄돼 성능 열화를 유발한다. 그러나 황화구리는 나트륨 저장에 따라 유동적인 결정구조 변화를 해 유사 정합 경계면을 형성하고, 이는 입자의 분쇄를 막아주는 결정적인 역할을 한다고 연구팀은 설명했다.
그 결과 황화구리는 입자의 크기나 형상에 상관없이 높은 나트륨 저장 성능을 보이는 것을 확인했다. 수십, 수백 마이크로미터 크기의 별다른 최적화를 거치지 않은 황화구리 입자가 기존 흑연의 이론 용량 대비 약 17% 높은 ~436mAh/g의 저장 용량을 갖고, 2천 회 이상의 충, 방전에도 93% 이상의 저장 용량을 유지함을 확인했다.
육 교수는“이번 연구가 미세먼지 해결을 위한 고성능 배터리 개발에 이바지할 수 있을 것이다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 어드밴스드 사이언스 표지
그림2. 황화구리 내 나트륨이 저장되면서 나타나는 유사 정합 경계 (Semi-coherent interface) 들
2019.07.01
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임성갑 교수, 새로운 다층 금속 상호연결 기술 개발
우리 대학 생명화학공학과 임성갑 교수와 POSTECH(총장 김도연) 창의IT융합공학과 김재준 교수 공동 연구팀이 비아홀(via-hole, vertical interconnect access hole) 공정 없이도 금속을 다중으로 상호 연결할 수 있는 기술을 개발했고, 이를 통해 5층 이상의 3차원 고성능 유기 집적회로를 구현했다.
이번 기술은 금속의 수직 상호 연결을 위해 공간을 뚫는 작업인 비아홀 공정 대신 패턴된 절연막을 직접 쌓는 방식으로, 유기 반도체 집적회로를 형성하는데 적용할 수 있는 신개념의 공정이다.
유호천 박사와 박홍근 박사과정 학생이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제적인 학술지인 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 6월 3일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: Highly stacked 3D organic integrated circuits with via-hole-less multilevel metal interconnects)
유기 트랜지스터는 구부리거나 접어도 그 특성을 그대로 유지할 수 있는 장점 덕분에 유연(flexible) 디스플레이 및 웨어러블 센서 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.
그러나 이러한 유기물 반도체는 화학적 용매, 플라즈마, 고온 등에 의해 쉽게 손상되는 문제점 때문에 일반적인 식각 공정을 적용할 수 없어 유기 트랜지스터 기반 집적회로 구현의 걸림돌로 여겨졌다.
공동 연구팀은 유기물 반도체의 손상 없이 안정적인 금속 전극 접속을 위해 절연막에 비아홀을 뚫는 기존 방식에서 벗어나 패턴된 절연막을 직접 쌓는 방식을 택했다. 패턴된 절연막은 패턴 구조에 따라 반도체소자를 선택적으로 연결할 수 있도록 했다.
특히 연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD: initiated chemical vapor deposition)’을 통해 얇고 균일한 절연막 패턴을 활용해 안정적인 트랜지스터 및 집적회로를 구현하는 데 성공했다.
공동 연구팀은 긴밀한 협력을 통해 개발한 금속 상호 연결 방법이 유기물 손상 없이 100%에 가까운 소자 수율로 유기 트랜지스터를 제작할 수 있음을 확인했다. 제작된 트랜지스터는 탁월한 소자 신뢰성 및 균일성을 보여 유기 집적회로 제작에 큰 역할을 했다.
연구팀은 수직적으로 분포된 트랜지스터들을 상호 연결해 인버터, 낸드, 노어 등 다양한 디지털 논리 회로를 구현하는 데 성공했다. 또한, 효과적인 금속 상호 연결을 위한 레이아웃 디자인 규칙을 제안했다. 이러한 성과는 향후 유기 반도체 기반 집적회로 구현 연구에 유용한 지침이 될 것으로 기대된다.
연구책임자인 POSTECH 김재준 교수는 “패턴된 절연막을 이용하는 발상의 전환이 유기 집적회로로 가기 위한 핵심 기술의 원천이 됐다”라며 “향후 유기 반도체 뿐 아니라 다양한 반도체 집적회로 구현의 핵심적인 역할을 할 것으로 기대한다”라고 말했다.
본 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단과 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 제안된 금속 상호 연결 기술 모식도
그림2. 수직 집적된 디지털 회로 공정 모식도 및 이미지
2019.06.11
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스마트 수중터널 시스템 연구센터, 7일 개소식 가져
KAIST는 7일 오전 대전 본교 응용공학동 1층에서 신성철 총장(우측 줄 맨 안쪽)과 홍기훈 한국해양과학기술원장 등 주요 내·외빈 인사들이 참석한 가운데 ‘스마트 수중터널 시스템 연구센터’개소식을 가졌다.
우리대학은 7일 오전 대전 본교 응용공학동 1층에서 ‘스마트 수중터널 시스템 연구센터(센터장 이행기 교수·건설및환경공학과)’ 개소식을 가졌다. 개소식에는 신성철 총장을 비롯해 홍기훈 한국해양과학기술원장, 박중곤 한국연구재단 공학단장(경북대 교수·화학공학과), 이행기 센터장 등 내·외빈 100여명이 참석했다.
선도연구센터(ERC, Engineering Research Center) 지원사업은 한국연구재단이 이공계 분야에서 우수연구 집단을 발굴·육성을 통해 세계적 수준의 경쟁력을 갖추도록 하는 한편 국가기초연구역량을 향상시키고자 지원하는 사업이다. 2017년 선도연구센터(ERC) 지원사업에 선정된 ‘스마트 수중터널 시스템 연구센터’는 향후 7년간 수심 100m 이상 적용이 가능한 수중터널 시스템 개발을 목표로 삼고 있다.
이를 달성하기 위해 주요 연구주제로 △수중터널 시스템전용 구조해석프로그램 및 통합설계기술 개발 △수중 고 내구성 건설재료 및 수중 시공통합시스템 개발 △지능형 수중터널 안전·유지 관리통합시스템 원천·응용기술 등을 핵심기술로 정했다. ‘스마트 수중터널 시스템 연구센터’는 또 향후 세계 해양건설 분야를 선도할 다양한 원천·응용기술 개발은 물론 해당 분야 석·박사급 전문연구인력 양성에도 주력할 방침이다.
이행기 센터장은 개소식에서 “구조·재료·시공·해양 등 여러 분야에서 전문성을 갖춘 교내 연구진과의 협력을 기반으로 수중터널 시스템과 관련한 다양한 원천·응용기술을 개발해 기술 자립화 달성에 기여함은 물론 이를 통해 수중터널 및 차세대 수중 건설기술 분야의 세계적인 연구 허브 역할을 담당할 것”이라고 밝혔다.
2017.09.07
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미국 프린스턴대 등 해외 유명대학과 핀테크 국제컨퍼런스 매년 순회 개최
우리대학이 미국 프린스턴大를 비롯해 중국 칭화大, 프랑스 에드헥(EDHEC: Ecole des Hautes Etudes Commerciales du Nord) 비즈니스 스쿨 등 세계 유수의 명문대로 꼽히는 3개 대학과 함께 올해부터 매년 핀테크(FinTech) 국제컨퍼런스를 공동 개최키로 합의했다.
☞ 에드헥(EDHEC) 비즈니스 스쿨: 1906년 설립된 EDHEC은 비즈니스 및 경영을 전문으로 하는 프랑스 Grandes Ecoles 중 하나로 상위 3대 비즈니스 스쿨로 꼽히고 있음. AACSB·EQUIS·AMBA의 인증을 받아 트리플 크라운을 수상한 최초의 기관 중 하나로 니스(Nice)에 위치함.
☞ 핀테크(FinTech): 금융(financial)과 기술(technique)의 합성어로, 정보기술(IT)을 기반으로 하는 새로운 형태의 금융 기술.
우리대학은 4개 대학이 매년 번갈아 가면서 주관하는 핀테크 컨퍼런스 시리즈에 우리나라를 비롯해, 미국, 중국, 프랑스 등 전 세계 학계·산업계·규제당국 관계자들이 참석해 자산운용산업의 핀테크, 즉 로보어드바이저(Robo Advisor) 산업에 관해 논의하는 메머드급 국제학술행사의 장이 될 것으로 기대하고 있다.
로보어드바이저는 로봇(Robot)과 자문가(Adviser)의 합성어로 자동화한 컴퓨터 프로그램이 펀드나 채권․주식 등 각종 금융 데이터를 분석하여 적절한 투자 자산운용 계획을 추천해서 수익을 올리게 해주는 첨단 서비스다.
올해는‘개인투자자를 위한 자산관리시스템(Wealth Management Systems for Individual Investors)’이란 주제로 4월 26일과 27일 이틀에 걸쳐 미국 프린스턴大에서 열리는데 우리대학에서는 김우창 교수(산업및시스템공학과·KAIST 자산운용미래기술센터장)가 대표로 참석한다.
특히 이번 컨퍼런스에는 ‘컴퓨터 과학의 노벨상’이라 불리는 2000년도튜링상(Turing Award) 수상자인 앤드류 야오(Andrew Yao) 칭화大 핀테크센터장과 세계 최대의 자산운용사인 뱅가드그룹(Vanguar Group) 창업자이자 회장과 명예회장을 지내면서 ‘월스트리트의 성인’으로 추앙받고 있는 존 보글(John Bogle) 보글금융시장연구센터 대표, 밴드하임 금융센터 설립멤버인 존 멀비(John Mulvey) 프린스턴大 교수 등 세계적으로 쟁쟁한 전문가와 학자들이 주요 연설자로 나서 로보어드바이저와 관련된 최신 연구결과를 발표하고 기술발전 동향 등에 관해 집중 조명한다.
☞ 튜링상(Turing award): 미국계산기학회(ACM)가 영국의 수학자 튜링(Alan Turing)을 기념하여 계산기 과학 분야에서 많은 공헌을 한 개인에게 수여하는 상. 1966년에 제정됐으 며 컴퓨터 과학분야 인사들에게는 최대의 영광으로 인식되고 있음. ACM 연례 회의에서 시상식을 하는데 여기서 수상자가 기념 강연을 하는 것이 관례임.
이밖에 중국 알리바바그룹 자회사 알리페이의 운영사인 앤트 파이낸셜(Ant Financial)과 미국에 본사를 두고 있는 세계적인 금융투자회사인 메릴린치 등이 참여해 자사의 로보어드바이저 시스템을 전시하고 시연할 예정이다. 한편 이번 컨퍼런스에는 KAIST 산업및시스템공학과(학과장: 이태억) 외에 美 프린스턴大에서 밴드하임 금융센터(Bendheim Center for Finance)와 금융공학과(Department of Operations Research and Financial Engineering), 그리고 중국 칭화大 핀테크센터, 프랑스 에드헥(EDHEC)의 리스크 인스티튜트(Risk Institute)가 공동 주최자로 참여하며 삼성자산운용(대표 구성훈)이 공식 파트너로 행사를 후원한다.
2017.04.20
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이재규 교수, 한국인 첫 ‘세계정보시스템학회 펠로우’ 선임
우리 대학 이재규 경영대학 정보미디어경영대학원 교수가 12월 5일 중국 상하이에서 개최된 세계정보시스템 국제학회에서 세계정보시스템학회(Association of Information Systems)펠로우(Fellow)로 선임됐다.
이 교수는 지능정보시스템과 전자상거래 분야의 석학으로 국제학술지 ‘전자상거래 연구와 응용(Electronic Commerce Research and Applications)’편집위원장, 아시아태평양 정보시스템 학술대회 의장, 한국경영정보학회장과 한국지능정보시스템학회장을 지냈다.
이 교수가 공동 집필한 ‘전자상거래(Electronic Commerce)는 세계 유수대학에서 MBA 교재로 채택되고 있다.
2011.12.05
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KAIST 유럽정보시스템연구센터(ERCIS)에 공식회원으로 등록
-연구인력 교환 및 공동 프로젝트 추진, 학점 교환과 공동 학위프로그램도 개발 운영
KAIST(총장 서남표)는 소프트웨어 정책연구센터가 유럽 정보시스템 연구센터(European Research Center for Information Systems, ERCIS)와 최근 협약을 체결하여 20번째의 공식 회원이 됐다고 22일 밝혔다.
KAIST에서는 소프트웨어 정책연구센터가 주관하며 교수, 연구원, 대학원생들의 교환 및 공동 프로젝트 추진, 학점 교환과 공동 학위프로그램도 개발해 운영할 계획이다.
ERCIS는 정보시스템 통합 및 조직 설계에 관련된 문제에 대해 연구하는 학자들의 네트워크다. 이 센터는 국가와 기업의 정보시스템 개발 및 이와 관련된 조직 문제에 대해 전산학자, 경영학자, 법학자들이 모여 학제간 연구를 수행한다.
ERCIS는 독일 북서부에 위치한 노르트라인베스트팔렌(Nordrhein-Westfalen) 주정부에 의해 발의됐으며, 해당 분야에서 명성을 날리고 있는 뮌스터(Münster)대학에게 관리가 이양됐다. 현재 뉴질랜드, 네덜란드, 덴마크, 독일, 러시아, 리히텐슈타인, 미국, 스위스, 스페인, 슬로베니아, 아일랜드, 영국, 오스트리아, 이태리, 체코, 폴란드, 프랑스, 핀란드, 호주에서 각 1개 대학씩 참여하고 있다.
한편, KAIST 소프트웨어정책연구센터는 ERCIS회원들과 공동으로 모바일용소프트웨어(Mobile Application Software)개발자 지원체제 구축을 위한 유레카(EUREKA) 프로젝트를 준비 중이다. 우리 기업이 국제적인 경쟁력을 가지고 있는 이동전화(Mobile Phone)분야에서 우리나라가 주도하여 제안하는 프로젝트이다.
유레카(EUREKA)프로젝트는 EU 27개국 포함하여 유럽 전체 38개국의 산학연을 아우르는 범 유럽 연구개발 네트워크이며, 시장주도적인 협력프로젝트를 지향한다. 우리나라는 2009년에 준회원으로 등록하여 과제를 발의할 수 있는 자격이 부여됐다.
[ERCIS홈페이지]
http://www.ercis.de/ERCIS/en/organisation/associatedresearchinstitutes/index.html
[유레카(EUREKA)프로젝트]38개 유럽국가들이 회원국으로 참여하고 있는 유레카는 상업화를 전제로 한 기술개발을 지원하고 있으며 현재 3000여개의 기업·대학·연구소가 참여해 약 40억 유로의 예산을 집행하는 EU의 대표적인 국제공동연구개발 프로젝트이다.
2009.10.22
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정경원교수, 칠레 디자인 정책세미나 기조 연설
“한국의 디자인 진흥 정책을 칠레에 심는다”KAIST 정경원교수, 칠레 디자인 정책세미나 기조 연설
KAIST 산업디자인학과 정경원(鄭慶源, 57) 교수가 오는 7월 24일(화)부터 2일간 칠레 산티아고에서 열리는「디자인산업을 위한 공공 정책」세미나에서 기조 연설을 한다.
“공공 디자인 진흥 정책의 발전 모델 - 한국의 경험”이라는 제목의 강연에서 鄭 교수는 국가 경제발전 정책과 디자인산업 진흥전략의 관련성을 실제 사례를 중심을 발표하게된다.
칠레 정부의 기술협력청(SERCOTEC)과 경제개발청(CDRFO)이 공동으로 개최하는 이번 디자인 정책세미나는 칠레 정부가 중소기업의 경쟁력 향상을 위해 디자인산업을 효과적으로 육성할 수 있는 정책 방향을 수립하는 것을 목적으로 한다.
鄭 교수는 디자인 진흥정책 및 디자인경영 전문가로 2000년 2월부터 2003년 5월까지 한국디자인진흥원장을 역임했다.
2007.07.23
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