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삼성·SK·테슬라 등도 탐내는 '무음극배터리', 국내 연구진이 난제 해결

삼성이나 SK, 테슬라 등도 탐내는 차세대 '무음극배터리' 난제를 국내 연구진이 해결했다. 한국원자력연구원은 중성자과학부 연구진이 무음극배터리 가장 큰 어려움으로 꼽히는 이온이동 문제를 해결할 수 있는 맥신 복합체를 개발, 성능까지 입증했다고 27일 밝혔다. 무음극배터리는 음극이 없는 배터리다. 작고 가벼우면서도 에너지 저장 용량을 크게 개선할 수 있어 차세대 배터리로 주목받고 있다. 특히, 전기차(EV), 에너지저장장치(ESS) 등 높은 에너지 밀도와 경량화가 필요한 분야에서 주목한다. 그러나 무음극배터리는 음극이 없는 구조로 배터리 내부에 이온이 고르게 이동하지 않는 단점이 있다. 금속 이온이 바늘처럼 변하는 수지상돌기가 쉽게 형성되기 때문에 배터리의 수명과 안전성을 저하시킨다. 연구진은 이를 해결하기 위해 맥신 복합체를 개발, 적용했다. 맥신은 탄소와 티타늄으로 이루어진 매우 얇은 층으로 된 소재다. 금속처럼 전기를 잘 전달하면서도 유연해 무음극배터리의 성능을 높일 수 있다. 이상호 박사후연구원(논문 공동제1저자)은 "그러나 기존의 맥신 소재만으로는 이온의 흐름이 원활하지 않아 배터리 구동이 어려웠다"며 "이를 위해 맥신을 여러 층으로 쌓고 그 사이에 경제성과 전기전도성이 높은 초미세 은 입자를 삽입하는 방법으로 층과 층 사이에 미세한 통로를 만들었다"고 설명했다. 기존에는 2.4nm였던 이동 통로를 25nm로 10배 이상 늘리는데 성공한 것. 또 이온 흐름이 균일해져 수지상돌기에 의한 전지 손상이 줄어들고, 배터리 성능과 안전성이 크게 향상됐다. 원리는 생각보다 간단했다. 빨대로 음료를 마실 때 내부 압력을 낮춰 외부 공기압이 음료를 밀어 올리는 원리와 유사한 진공여과 방식을 활용했다. 중력의 도움을 받은 셈이다. 이상호 박사후연구원은 "중성자 소각산란 장치를 활용해 이온 이동 경로를 분석하고, 이온 흐름이 원활함도 확인했다"며 "전기전도도를 측정, 맥신 복합체를 삽입한 무음극배터리가 정상 작동함도 입증했다"고 부연 설명했다. 연구는 과학기술정보통신부의 학연협력플랫폼구축 시범사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 국제 학술지 '물리화학레터지'의 온라인판 표지 논문으로 최근 게재됐다. 장종대 선임연구원(논문 공동제1저자)은 "상품 개발 계획은 아직 없다"며 "기술이전부터 이루어져야 할 것"이라고 덧붙였다.

2025.02.27 12:29박희범

위브, 연구용 라만분광기 라인업 유럽 통합 인증 취득

위브(대표 주성빈)가 물질의 화학·물리·구조적 특징을 측정하기 위해 레이저를 조사하고 산란하는 빛 스펙트럼(라만산란)을 분석하는 라만분광기에 대한 '유럽 통합 인증'(CE)을 취득했다고 11일 밝혔다. 대상 제품은 연구용 라만분광기 2종이다. 인증을 받은 대표 모델 '만타레이'는 독일, 일본 등 시장 선도 국가 제품에 필적하는 분해능, 다양한 렌즈를 구경에 따라 장착할 수 있는 응용성과 합리적인 가격이 강점이다. '스팅레이'는 고성능을 유지하면서 휴대가 가능한 소형 시스템이다. 위브가 독자 기술로 개발한 라만분광기는 소재, 에너지, 바이오 등 다양한 분야에서 70여 연구 기관이 활용 중이다. 위브는 해당 제품을 기반으로 유럽 진출을 본격화하고 있다. 현재 독일과 영국에서 대리점 계약을 완료한 상황이며, 오는 3월 독일 뉘른베르크에서 열리는 건설 화학 소재 전시회 '유럽코팅쇼'에서 스팅레이를 선보일 예정이다. 또 프랑스, 덴마크 등 나머지 유럽 국가를 대상으로 연말까지 30개 이상 공식 대리점 확보를 목표하고 있다. 주성빈 위브 대표는 "위브가 지난 십년 간 쌓아 온 광분석 기술 경쟁력은 해외에서도 꾸준히 관심을 보여 왔을 정도로 성능과 효율 면에서 우수한 평가를 받고 있다"며 "올해 드디어 글로벌 시장 진출을 가시화할 수 있게 돼 영광이다. 앞으로 연구용 라만분석기 뿐 아니라 공정 분석 분야에서도 저력을 보여줄 수 있는 대한민국 대표 광분석 기술 기업으로 거듭나겠다"고 말했다. 위브는 2014년부터 광학 기반 연구·산업용 계측 장비를 개발해왔다. 2016년부터 자체 기술로 개발한 라만분광기를 국내 유수 대학과 연구 기관에 공급하기 시작했으며, 2020년에는 마이크로 LED 검사 장비를 출시했다. 올해 상반기에는 라만분광기 수출에 집중한다. 이를 위해 아시아, 미국, 유럽 지역 산업 장비 유통사와 파트너십을 확대하고 있다.

2025.02.11 10:07백봉삼

사육환경번호 및 산란일자 허위 표시 업체 등 12곳 적발

식품의약품안전처는 달걀껍데기(표시사항: 산란일자 4자리, 농장고유번호 5자리, 사육환경번호 1자리)에 사육환경(번호, 마리당 면적) 번호를 거짓으로 표시해 유통하는 행위 등에 대해 특별점검한 결과, 축산물 위생관리법과 식품 등의 표시·광고에 관한 법률을 위반한 식용란 유통·판매업체 9곳과 가축사육업 3곳을 적발해 관할 지자체에 행정처분을 요청했다고 밝혔다. 이번 점검은 2024년 4월부터 8월까지 해당 기간에 동물복지 자유방목으로 인증받은 닭의 개체수* 대비 방사 사육(1번)으로 표시된 달걀의 유통량이 과도하게 많은 농장(가축사육업)과 유통업체(식용란선별포장업·식용란수집판매업) 등을 선별해 실시했다. 점검 결과 주요 위반 내용은 ▲달걀 껍데기 표시사항 거짓 표시(산란일자 거짓 표시 3곳, 사육환경번호 거짓 표시 1곳, 농장고유번호 거짓 표시 1곳 등 5곳) ▲식용란선별포장처리대장 미작성 및 거짓 작성(3곳) ▲거래명세서 허위 발급(3곳) ▲거래명세서 미보관(1곳) 등이다. 식약처는 위반업체에 대해 관할 지자체에서 행정처분 후 재점검해 개선 여부를 확인할 계획이며, 소비자로부터 취한 부당 이득이 철저히 환수되도록 고발 조치할 예정이라고 밝혔다. 이와 함께 유사한 위반행위가 반복해 발생하지 않도록 식품행정통합시스템의 축산물 유통정보와 동물복지 축산농장 인증 및 축산물 이력관리정보를 활용해 지도·점검을 지속 강화하는 등 안전한 축산물 유통·판매 환경을 조성하는 데 최선을 다할 계획이다.

2025.01.30 11:12조민규

핵융합연, 이산화탄소 '데이터 참조표준' 확보

이산화탄소 분자의 특성을 총망라한 데이터 참조 기준이 마련됐다. 참조표준은 측정데이터나 정보를 과학적으로 분석, 평가해 정확도와 신뢰도를 공식적으로 부여한 물성값이나 통계를 말한다. 한국핵융합에너지연구원(원장 오영국)은 플라즈마기술연구소 송미영 박사가 국내, 외 연구자와 공동으로 이산화탄소 분자가 전자와 충돌할 때 관찰되는 산란단면적 데이터 세트를 확보했다고 23일 발표했다. 공동 연구는 충남대 조혁 교수를 비롯한 폴란드 니콜라우스 코페르니쿠스 대학, 미국 플로리다 센트럴 대학, 영국 런던 칼리지 대학 연구자 등이다. 이 연구결과는 물리・화학 분야의 중요한 실험적 이론적 데이터를 정리하고 제공하는 국제 학술지인 '물리・화학 레퍼런스 데이터 저널(Journal of Physical and Chemical Reference Data)'vol.53의 표지논문으로 선정됐다. 연구의 핵심 주제인 '산란단면적 데이터'는 입자 물리학이나 화학에서 특정 물질 간 상호작용이 일어날 확률을 나타내는 수치적 정보를 의미한다. 이는 플라즈마 연구 및 에너지, 환경, 의료, 반도체 공정 등 다양한 과학기술 연구 분야에서 유용하게 사용되기 때문에 신뢰도가 중요하다. 송미경 박사는 "이산화탄소가 기후 문제 해결의 중요한 분야인데, 기관마다 들쑥날쑥한 통계 자료로 관련 데이터 활용에 어려움이 많았다"며 "우리가 이 문제를 해결한 것"이라고 말했댜. 송미영 박사 연구실은 국가표준기술원으로부터 데이터 참조센터로부터 정식으로 공인받아 연구를 진행해 왔다. 연구팀은 그동안 이산화탄소의 전자 충돌 특성에 관한 논문 139편을 상호 비교했다. 이 가운데 어떤 데이터가 신뢰할 수 있는지를 이론적·실험적으로 설명했다. 특히 이산화탄소 분자와 전자 간 충돌 시 나타나는 전자의 회전 및 진동 여기(勵起), 탄성산란, 이온화, 해리 등의 반응 경로에서 발생하는 확률을 평가해 정밀한 단면적 권장값을 제시했다. 연구팀은 그동안 메탄(CH4), 질소산화물(NOX), 삼불화질소(NF3), 물(H2O) 등 특정 분자를 선정해 공동 논문을 집필해 왔다. 이번 논문은 연구팀의 7번째 논문이다. 논문 주저자인 송미영 박사는 “데이터는 다양한 응용 연구의 뿌리와도 같다”며, “이번 논문을 통해 많은 연구자가 이산화탄소 분자에 대한 신뢰할 수 있는 데이터를 확보, 유용하게 활용될 것"으로 기대했다.

2024.10.23 10:54박희범

GIST-IBS, "우주에서나 가능한 '반입자' 생성 길 열어"

우주의 극한 환경에서나 가능한 새로운 물질 생성을 실험실에서 할 수 있는 길이 열렸다. 이 기술을 이용하면 진공상태에 강한 빛을 때려 그동안 지구상에서는 구현한 적이 없는 반입자 등을 생성할 수 있다. 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 물리‧광과학과 남창희 초빙석학교수와 고등광기술연구소 성재희 수석연구원 연구팀이 IBS 연구팀과 공동으로 초강력 레이저를 이용해 강력장 양자전기역학 현상인 '비선형 콤프턴 산란'을 실험적으로 입증했다고 21일 밝혔다. '콤프턴 산란'은 .X선이나 감마선의 파장을 가진 광자가 전자와 상호작용해 에너지가 변환되는 것을 말한다. 콤프턴은 이 예측으로 1927년 노벨물리학상을 받았다. 우주의 극한 환경에서 발생하며, 충돌할 때 반입자 같은 새로운 물질이 나타난다. 이를 입증하기 위해 10여 년 전부터 유럽, 미국, 중국 등 초강력 레이저 시설을 보유한 그룹이 연구를 해왔으나, 최근까지 누구도 입증하지 못했다. GIST연구팀은 자체 개발한 4PW(페타와트, 1000조)W/㎠의 초강력 레이저를 이용해 비선형 콤프턴 산란을 세계 최초로 구현했다. 연구팀은 초강력 레이저를 두 개의 빔으로 가른 후, 하나의 레이저 빔은 기체에 집속시켜 고에너지 전자를 발생시키고, 다른 빔은 이 고에너지 전자와 충돌시켜 비선형 콤프턴 산란을 일으켰다. 연구팀은 3×10의 20승 W/㎠의 강한 세기를 갖는 초강력 레이저 빔과 2.4 GeV( 10의9승 eV)의 에너지를 갖는 전자를 충돌시켰다. 이 때 전자 한 개와 300개 이상의 레이저 광자가 충돌하면서 470MeV(10의6승 eV(전자볼트))의 에너지를 갖는 감마선 광자 한 개로 변환되는 비선형 콤프턴 산란 현상을 관측했다. 고등광기술연구소 성희재 수석연구원은 "우주에서나 일어날 법한 일이지만, 이를 실험실에서 구현했다는 의미가 있다"며 "새로운 물질을 생성할 수 있는 길을 열었다"고 설명했다. 남창희 교수는 “빛과 물질의 상호작용 연구가 양자적 진공이 상호작용의 주인공으로 등장하는 새로운 영역 즉, 강력장 양자전기역학에 진입하게 되었다"며 "진공의 본질을 더 잘 이해하게 되면서 새로운 물리 현상도 발견할 수 있을 것"으로 기대했다. GIST 물리‧광과학과 남창희 교수와 고등광기술연구소 성재희 박사 연구팀이 수행한 이 연구는 IBS 초강력레이저과학 연구단사업과 GIST 극초단광양자빔 연구시설 운영사업의 지원을 받았다.연구결과는 광학 분야 국제 학술지 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)'에 온라인(10월 14일)으로 게재됐다.

2024.10.21 17:59박희범