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김희탁 교수, 스펀지 구조 응용해 결착력 강화된 수소연료전지 개발
〈 김 희 탁 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 김희탁 교수와 한국화학연구원(원장 이규호) 홍영택 박사 공동 연구팀이 스펀지의 구조를 이용해 계면 결착력을 획기적으로 강화시킨 수소연료전지를 개발했다.
이번 연구 성과는 재료과학분야 국제학술지인 ‘어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 11월 10일자 온라인 판에 게재됐다.
수소연료전지는 공기 중 산소와 연료탱크 내 수소로 구동되는 발전장치로서 차세대 친환경 운송수단인 수소연료전지차의 핵심 기술이다.
그러나 수소연료전지는 내연기관에 대비해 가격이 비싸 보급이 어렵고, 고가의 불소계 멤브레인을 이용하기 때문에 가격을 낮추기에도 한계가 있었다.
가격을 낮추기 위해 저가의 탄화수소계 멤브레인이 제안됐지만 탄화수소계 멤브레인은 전극과의 계면 결착력이 낮아 전극과 멤브레인 간 계면이 탈리(분자, 이온 등에서 원자가 떨어지는 현상)돼 수명이 급감하는 문제가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 탄화수소계 멤브레인 표면에는 스펀지 계면 구조를 도입하고, 전극 표면에는 고분자 층을 삽입해 물리적인 맞물림 계면을 구현했다. 이는 스펀지 계면구조와 전극 표면 고분자 층이 서로 3차원적으로 얽혀 고정돼 강한 계면 결착력이 발생하는 원리이다.
연구팀은 전극과 멤브레인 사이의 계면 결착력을 기존에 비해 37배 증가시켰고 탄화수소계 연료전지의 수명은 약 20배 연장하는 데 성공했다.
특히 스펀지 계면구조는 공정성이 높은 스프레이 코팅이나 딥 코팅 법을 이용해 제조가 가능해 산업적으로도 큰 의미를 가질 것으로 기대된다.
연구팀은 한국기초과학지원연구원의 김환욱 박사와 협력해 구조의 시각적 분석을 진행했고 이대길 교수 연구팀과는 수치 해석을 통해 계면결착 원리를 규명했다.
김희탁 교수는 “물리적 맞물림 구조를 통해 연료전지의 계면 탈리 문제를 해결할 수 있음을 증명했다”고 말했다.
홍영택 박사는 “이번 연구가 기존의 우수한 탄화수소계 멤브레인들을 연료전지에 쉽게 적용할 수 있는 계기가 돼 연료전지 가격을 낮추는 데 크게 기여할 것이다”고 말했다.
이번 연구는 한국화학연구원 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 스펀지 계면구조의 개념도
그림2. 스펀지 계면구조가 적용된 탄화수소계 연료전지의 막-전극 접합체 장기구동 후 SEM 이미지
그림3. 스펀지 계면구조 제조 공정 및 공정 단계에 따른 탄화수소계 멤브레인
2016.11.21 조회수 26005 -
‘EEWS 사업기획 경진대회 2012’시상식 개최
- 녹색사업 분야에 장대준 교수, 녹색기술 분야에 박종욱 교수를 각각 최우수 수상자로 선정 -
- 수상자는 하반기 창업투자회사 대상 투자설명회 기회 제공 -
에너지 고갈과 환경오염, 물 부족 및 지속성장 가능성 등 인류가 직면한 글로벌 이슈 해결을 추진하고 있는 KAIST가 녹색성장 연구성과의 사업화를 본격화한다.
우리 학교는 21일 13시 본원 제1회의실에서 EEWS 연구성과 사업화 제고를 위한 ‘EEWS 사업기획 경진대회 2012’ 시상식을 개최하고 4개 수상팀에게 상금과 상패를 수여했다.
올해로 세 번째 열리는 ‘EEWS 사업기획 경진대회’는 EEWS 연구결과의 사업화를 장려하고 창의적 인재발굴을 목적으로 KAIST와 한국녹색기술센터, 창업투자회사 디에프제이 아테네 엘엘씨(DFJ Athena LLC) • 일신창업투자(주) • 대교 인베스트먼트가 공동으로 개최하는 대회다.
이번 대회에는 ‘녹색사업’ 과 ‘녹색기술’ 분야로 나눠 진행됐으며 총 10개팀이 참여했다.
녹색사업 분야 최우수상에는 장대준 해양시스템공학과 교수가 제안한 ‘LNG 연료 선박 추진을 위한 글로벌 LNG 인프라" 제안서가, 우수상에는 박희경 건설 및 환경공학과 교수가 제안한 ’도심주상단지 및 빌딩용 on-site bio-gas 생산을 위한 그린박스 기술‘ 제안서가 각각 선정됐다.
녹색기술 분야 최우수상에는 박종욱 신소재공학과 교수팀이 제안한 ‘알루미늄 용탕용 수소센서와 계측시스템 개발’ 제안서가, 우수상에는 이대길 기계공학과 교수가 제안한 ‘신형 대용량 레독스 흐름전지 기술을 이용한 에너지 저장장치’ 제안서가 각각 선정됐다.
수상자들에게는 올 하반기 창업투자회사를 대상으로 투자설명회에 참가해 사업제안서를 설명할 기회가 제공된다. 지난해 투자설명회에는 삼성물산, 제일모직, 다산네트웍스, 한화 L&C 등의 관련 기업들과 쿨리지코너 인베스트먼트, 대덕인베스트먼트(주), KPM, 로커스 케피탈 파트너(Locus Capital Partners), 보광창업투자 등 창업투자회사들이 참가해 KAIST EEWS 연구성과에 대한 큰 관심을 보였다.
이번 경진대회를 주관한 이재규 EEWS 기획단장은 “EEWS 기획단은 KAIST를 대표할 수 있는 획기적인 융합 연구성과를 지속적으로 내놓을 계획”이라며 “창업투자회사 대표가 경진대회 심사위원으로 참여해 사업성을 최우선으로 고려한 만큼 투자자들이 큰 관심을 보일 것으로 기대하고 있다”라고 말했다.
2013.01.21 조회수 21612 -
대한민국특허왕 이대길교수, 올해의 KAIST인에 선정
2009년도 ‘올해의 KAIST인 상’에 기계공학과 이대길(李大吉, 57)교수가 선정됐다. 시상식은 2010년 1월4일(월) 오전 10시 교내 대강당에서 열리는 2010년도 시무식에서 있게 된다.
李 교수는 복합재료와 신소재를 응용한 경량 구조설계 및 제조분야에서 선도적 연구결과를 기업에 이양, 제품화와 실용화를 통해 산업전반에 걸쳐 수입대체 효과 및 부품 국산화 등에 기여했다. 특히, 대형 LCD 작업용 로봇 팔을 고 강성 탄소섬유 복합재료로 세계 최초로 개발했다. 삼성, LG 등을 비롯한 국내.외 반도체 공장은 모두 이 복합재료 로봇 팔을 사용하고 있다. 또한, 독일과 일본에서 전량 수입하던 엔진 가공용 텅스텐(Tungsten) 카바이드 보링바보다 성능이 우수한 탄소섬유 복합재료 보링바를 개발했다. 이 보링바는 국내외의 자동차 엔진 크랭크 샤프트 가공시에 사용되고 있다.
이러한 공로로 2003년 대한민국 근정포장, 2004년 장영실상 등을 수상했다. 그리고 산업체와 연관된 새로운 연구를 통해 많은 특허를 등록하여 2009년 11월13일 특허청으로부터 ‘대한민국 특허왕(대학부문 최다 특허보유자)’의 칭호를 수여 받았다. 또한 201편의 SCI급 논문 등록 및 게재가 허가된 상태다.
현재 경량 탄소섬유 과학기술 인공위성 3호 구조 개발, 경량 PEM 연료전지의 개발, 함정용 스텔스 레이돔, LNG선의 단열탱크 국산화 연구를 수행중인 이 교수는 "앞으로도 최선을 다하라는 채찍으로 알고 계속 교육과 연구에 정성을 다 하겠다"며 수상 소감을 밝혔다.
2009.12.30 조회수 18989 -
특허등록왕 대학 KAIST
11/9(월)자 특허청이 배포한 "대학, 공공연구기관의 특허등록왕은?"이란 보도자료를 살펴보면, 우리대학이 대학다등록 연구자 랭킹 10위권 중에서 1등부터 4등까지를 석권했으며, 10위권내에 무려 8명이 올라있어 눈길을 끈다.
그동안 대학이나 공공연구기관별 특허실적은 발표되어 왔으나, 연구자별 특허실적을 집계하여 발표하는 것은 이번이 처음이다. 대학 연구자 중에서는 총 102건의 특허를 등록한 이대길 교수가 특허등록왕이라 할 수 있는 1위를 차지한 데 이어 우리학교 박정기(생명화학공학과) 교수(89건) 2위, 이상엽(생명화학공학과) 교수(84건) 3위, 성단근(전기및전자공학과) 교수(72건) 4위 순으로 많은 특허를 등록한 것으로 나타났다. 또한 5위 한양대 권오경 교수(69건)에 이어서는 우리대학 홍성철(전기및전자공학과) 교수가 58건으로 6위, 이창희(전기및전자공학과) 교수가 55건으로 7위를 차지했으며, 유회준(전기및전자공학과) 교수 공동 8위(49건), 양동열(기계공학과) 교수 공동10위(47건) 등으로 집계됐다.
보도자료에 따르면, 이처럼 다른 경쟁기관에 비해 특허등록 실적이 우수한 이유는 일찍부터 특허관리 전담부서를 별도로 설치하고, 변리사 등 지식재산 전문가를 채용하여 IP 전담인력이 전략적으로 특허관리를 하고 있기 때문으로 분석된다. 즉 대학의 특허관리 및 기술이전 전담인력 기관당 평군 4.6명(‘07)인데 반해, 우리학교 KAIST의 특허 및 기술이전 전담인력은 9명(특허 4, 기술이전 5)인 것으로 조사됐다.
특허청은 대학․공공(연) 등 공공분야의 지식재산 역량을 강화하기 위해 특허관리 전문가를 파견하여 전략적인 특허관리를 지원하고 있고, 유망 특허기술의 사업화 및 해외출원 경비를 지원하는 등의 대학․공공(연) 지원사업을 수행하고 있다.
고정식 특허청장은 “우수 연구자에 대한 사기진작 차원에서 이번 조사가 진행되었으며, 향후에도 특허청이 대학․공공(연)의 지식재산 관리역량 강화에 도움을 줄 수 있도록 지속적으로 노력하겠다”라고 말했다. 한편, 특허등록 상위10대 연구자에 대한 시상식은 11월 13일 공공 R&D IP 협의회 (PIPA) 창립총회에서 개최된다.
2009.11.10 조회수 21642 -
대한민국 특허등록왕 KAIST 이대길 교수
우리나라 전체 박사급 연구인력의 83.3%를 보유하고 있는 대학과 공공연구기관에서 특허를 가장 많이 등록한 연구자는 누구일까? 11월 9일(월)자 특허청 보도자료에 따르면, 최근 특허청(청장 고정식)이 각 대학 및 공공연구기관을 대상으로 조사한 결과, 우리대학 기계공학과 이대길 교수와 한국전자통신연구원(ETRI) 이형호 책임연구원이 각각 대학과 공공연구기관에서 특허를 가장 많이 등록한 연구자로 조사되었다. 그동안 대학이나 공공연구기관별 특허실적은 발표되어 왔으나, 연구자별 특허실적을 집계하여 발표하는 것은 이번이 처음이다.
총 102건의 특허를 등록한 우리대학 이대길 교수의 ‘신소재 응용 기계연구실’은 복합재료를 이용한 기계설계 및 공작기계 제작․가공 분야의 연구를 주로 수행하고 있으며, 2000년부터 국가지정연구실로 지정․운영되고 있는 등 탁월한 연구업적을 보여 주었다. 1995년에 처음 특허를 등록한 것을 시작으로 2005년 10건, 2006년 29건, 2007년 11건, 2008년 4건의 특허를 등록하는 등 매년 꾸준한 특허등록 실적을 보였으며, 국제논문(SCI)도 200편 이상 발표하여 탁월한 연구실적을 보인 것으로 나타났다.
이교수는 “연구개발 초기부터 특허를 염두에 두고 연구를 수행해 왔으며, 학생들에게도 특허의 중요성을 항상 강조하여 연구실 전체가 특허마인드로 무장된 것이 특허등록 실적으로 이어진 것 같다”라고 대학 특허등록왕에 오른 소감을 전했다.
2009.11.10 조회수 17153 -
이대길 교수팀, IR52 장영실상 수상
[IR52 장영실상] 탄소섬유로 가벼운 공구 상용화하는 연구개발로
기계공학과 이대길 교수와 박사과정 황희윤 씨가 비젼이노텍(대표 윤영소)에서 개발한 보링용 공구 제품을 연구개발한 공로를 인정받아 지난 7월 17일 과학기술부장관이 수여하는 IR52 장영실상의 상장과 메달을 수여받았다.
비젼이노텍은 98~2002년까지 4억5000만원을 들여 이대길 KAIST 교수팀과 공동으로 이 제품을 개발하였다.
2004년도 제29주 "IR52 장영실상"에 선정된 보링용 공구(고강성 복합재료 라인보링바)가는 보링(구멍을 뚫는 일) 작업에 무거운 쇠를 사용해야 한다는 고정관념을 깨고 섬유의 일종인 "에폭시 탄소섬유"를 사용했다. 신소재를 이용한 이 제품이 국내 기술로 개발됨에 따라 보링용 공구 수입시장(연간 500억원 규모)을 대체하고 세계 공구시장에서 소재가 철에서 탄소섬유로 바뀔 전망이다.
라인보링바란 자동차 엔진헤드블록, 항공기부품, 선박부품 등의 내부를 고속으로 움직이며 정밀가공하는 특수공구를 말한다.
종전 보링용 공구는 "텅스텐 카바이드"나 "헤비메탈" 등 무거운 금속으로 만들었다 . 따라서 이들 제품은 매우 무겁기 때문에 생산라인에 설치하기는 어렵고 가격도 비싼 단점이 있다. 그러나 신제품 무게는 텅스텐 카바이드 합금의 8분의 1 수준에 불과하다.
제조원가는 30~40% 줄인 반면 공구의 수명은 2배 이상 증대시켰다. 기존 제품은 최 대 회전속도가 분당 6500rpm이지만 이 제품은 3만rpm에 달한다. 공구업계로는 가볍고 고속가공이 쉬운 신소재 제품이 나옴에 따라 생산성이 높아지 고 다품종 소량생산 체제가 가능할 것이라는 분석이다.
IR은 Industrial Research의 약자로 산업기술연구라는 의미를 담고 있으며, 52는 1년 52주동안 매주 1개 제품씩을 시상한다는 의미로, 한국산업기술진흥협회와 매일경제신문사가 공동주관하고 과학기술부가 후원하여 91년부터 시행되고 있는 국내최고의 산업기술상이다.
이 상은 우리기업과 기술연구소에서 개발한 우수신기술 제품을 선정ㆍ포상함으로써 기술개발자의 사기를 높이고, 수상제품과 기업에대한 언론홍보를 통해 초기시장진출 기반을 조성하는데 있다
2004.07.21 조회수 27614 -
KAIST 교수가 옥스퍼드 출판사에서 대학 교과서 출간
KAIST 기계공학과 이대길(李大吉, 52) 교수와 MIT 기계공학과의 서남표(68) 교수는 공저로 옥스퍼드 출판사(Oxford University Press)에서 대학 교과서를 출간하기로 최종 결정되었다고 밝혔다.
「복합재 구조의 공리설계 및 제조 - 로봇, 공작기계, 자동차구조에의 응용 (Axiomatic Design and Fabrication of Composite Structures-Applications in Robots, Machine Tools and Automobiles)」이란 제목의 이 교과서는 복합재료를 이용한 로봇, 공작기계, 자동차 등에 적용한 내용을 포함한 최초의 교과서로서, 서남표 교수가 개발한 공리설계(Axiomatic Design)원리를 복합재료로 된 구조설계에 최초로 적용한 내용이 기술되며, 750페이지 분량으로 오는 8월에 출간될 예정이다.
KAIST 이대길 교수는 “이번 교과서 출간이 최종 결정되기까지 2명의 외부 교수 심사와 Oxford 출판사의 Committee meeting 및 Delegate meeting 등 1여년간의 매우 엄격한 출판 심사를 거쳤으며, 국내대학 교수가 옥스퍼드출판사에서 책을 출간하는 경우는 거의 없다” 고 했다.
* 참고로 이 교과서의 첫 번째 저자인 KAIST 이대길 교수는 서울대 학사, KAIST 석사, MIT 박사과정을 졸업하였으며, 1986년도부터 KAIST 교수로 재직하고 있다. 현재까지 21명의 박사 배출 및 국제논문 133편, 국제특허 10편, 국내특허 52편을 등록한 실적을 가지고 있으며, 특히 지난 2003년 12월에는 전량 수입하던 자동차 엔진 가공용 텅스텐카바이드 보링바보다 성능이 훨씬 뛰어난 복합재료를 이용한 보링바를 세계최초로 개발, 현대 기아자동차에서 사용하게 한 공로를 인정받아 산업포장인 근정포장을 수상한 바 있다.
두 번째 저자인 서남표 교수는 현재 MIT의 석좌교수이자 KAIST 초빙석좌교수로서 지난 1984년부터 1988년도까지 미국 과학재단의 과학담당 부총재(Assistant Director for Engineering / 대통령 추천 및 상원 인준으로 임명)를 역임하였으며, 미국 정부의 공학담당 연구개발 총책임자로서 당시까지 일본에 뒤지던 미국의 제조업 경쟁력을 크게 향상시킨 공로를 인정받고 있다. 1992년도부터 10년동안은 MIT 기계공학과의 학과장을 역임하였으며, 공리설계(Axiomatic Design)원리의 창시자이기도 하다.
2004.03.25 조회수 35219