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전해액 첨가제로 리튬금속전지 수명 높인다
우리 대학 생명화학공학과 최남순 교수 연구팀이 리튬금속전지의 장수명화를 가능하게 하는 전해액 첨가제 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 개발된 첨가제 조합 기술은 리튬금속 음극 표면에 바람직한 이중층 고체전해질 계면 박막을 형성해 리튬 덴드라이트 형성을 억제하고 리튬이온을 균일하게 전달해 리튬금속전지의 수명과 고속 충‧방전 특성을 대폭 향상시켰다.
오래 달리는 전기차를 실현하기 위해서는 전지의 핵심 성능인 에너지밀도를 높여야 한다. 리튬금속전지는 리튬이온전지의 흑연보다 10배 이상 높은 용량을 발현하는 리튬금속 음극을 채용하고 있어 전지의 고에너지 밀도화를 달성할 수 있다.
그러나 높은 환원력을 가지는 리튬금속 음극과 전해액의 반응을 제대로 제어하지 못하면 리튬금속전지의 장수명을 달성하기 어렵다. 리튬금속 표면에 고체전해질 계면막을 형성시키는 것에만 집중해 한계점을 보이는 기존 연구들과는 달리 연구팀은 고체전해질 계면막을 계층화하고 형성된 이중층 계면막의 담당 기능을 구체화할 수 있는 환원반응성과 흡착력이 다른 2종 이온성 첨가제를 도입해 리튬금속 전지 수명을 획기적으로 끌어올리는데 성공했다. 또한, 니켈리치 양극 표면을 보호하는 얇은 계면막을 형성하여 양극의 구조적 안정성도 확보할 수 있었다.
최남순 교수 연구팀은 리튬금속 음극이 가지는 불안정성을 해결하기 위해 전자 받음 능력과 흡착 경향성에 따른 이온성 첨가제의 순차적인 환원 분해에 의해 이중층 고체전해질 계면막이 형성되도록 설계했으며 리튬금속 음극에 근접한 계면막은 리튬 전착-탈리반응에 따른 스트레스를 견딜 수 있는 기계적 강도를 가지는 리튬플루오라이드(LiF) 성분의 물질을 가지도록 했다.
바깥쪽 계면막은 전해액으로부터 리튬이온이 균일하게 공급되도록 하는 이온 수송 능력이 우수한 리튬나이트라이드(Li3N) 물질이 포함되도록 했다. 이러한 리튬금속 음극 표면 고체전해질 계면막의 계층적 구조화 기술은 리튬-합금기반 음극재, 리튬저장 구조체 및 무음극 기술 등과도 접목이 가능해 기업에서 요구하는 수준의 리튬금속전지를 실현하는 전해액 핵심 소재 기술이 될 것으로 기대된다. 특히, 이차전지 시장 판도를 바꿔 놓을 게임 체인저(game changer)가 될 것으로 기대하고 있는 무음극 이차전지 기술의 경우 충전 시 리튬금속이 음극 기재에 생성되므로 리튬금속을 안정화시키는 전해액 첨가제 기술은 무음극 이차전지의 성능을 더욱 끌어올리는 데 기여할 것이다.
이번 논문의 공동 제1 저자인 우리 대학 생명화학공학과 김세훈 박사과정은 "리튬디플루오로 옥살레이트 포스페이트(LiDFBP)와 리튬나이트레이트(LiNO3)를 불소 도너와 질소 도너형 첨가제로 도입해 리튬금속 음극의 가역성과 형상 균일화가 가능했으며 이러한 이중층 계면막은 양극과의 크로스 토크(cross-talk)을 최소화해 4V 이상의 고전압에서 전해액이 분해되지 않도록 했다ˮ며 "기존에 보고된 리튬금속 전지용 전해액 조성 기술의 한계를 뛰어넘는 고전압·장수명 리튬금속 전지용 전해액 소재를 개발하게 됐다ˮ 라고 말했다.
개발된 리튬금속 음극 보호용 이중층 계면막 기술은 리튬금속 음극과 니켈 리치 양극으로 구성된 전지의 600회 충·방전 후에도 초기 용량의 80.9%를 발현했으며 99.94%의 매우 높은 쿨롱효율을 보였다.
최남순 교수는 “개발된 고체전해질 이중층 계면막 기술은 기존에 보고되던 고체전해질 계면막과는 달리 계층적 구조화를 통해 고강도 막과 고이온 전달성 막을 리튬금속 음극 표면에 형성하는 새로운 시도”라며 “이러한 기술은 리튬금속 전지의 최대 과제인 리튬금속 음극과 전해액의 불안정한 계면을 제어하는 첨가제 개발에 새로운 방향을 제시했다”라고 연구의 의미를 강조했다.
이번 연구에서 우리 대학 최남순 교수와 김세훈, 이민영(現 SK Innovation 연구원), 이정아 연구원은 구조화된 고체전해질 계면막을 형성하는 전해액 첨가제 기술을 개발하고 이중층 계면막의 구조를 분석해냈다. UNIST 곽상규 교수와 박성오 박사, 임마누엘 크리스탄토(Imanuel Kristanto) 연구원, 이태경 박사(現 한국에너지기술연구원 연구원), 황대연 박사(現 현대자동차 연구원)는 계산화학을 통해 음극 및 양극의 고체전해질 계면막의 구조화 기술에 대한 메커니즘을 규명했으며 UNIST 이현욱 교수와 김주영, 위태웅 연구원은 전해액 첨가제가 수지상 리튬 형성을 억제함을 시각적으로 보였다.
한편 이번 연구는 저명한 국제 학술지 `에너지 스토리지 머터리얼즈 (Energy Storage Materials)'에 10월 25일 字로 온라인 공개됐다(논문명 : Stable electrode-electrolyte interfaces constructed by fluorine- and nitrogen-donating ionic additives for high-performance lithium metal batteries).
이번 연구 수행은 과학기술정보통신부의 기후변화대응기술개발사업, 산업통상자원부의 차세대 이차전지용 극박 음극전극 개발 사업, 현대자동차의 지원으로 이뤄졌다.
2021.11.16 조회수 20349 -
급속 충전이 가능한 하이브리드 리튬이온 전지 개발
우리 대학 신소재공학과 강정구 교수 연구팀이 우수한 성능의 고에너지·고출력 하이브리드 리튬이온 전지를 개발했다고 3일 밝혔다.
연구팀은 메조기공(mesopore, 2~50nm(나노미터) 크기의 구멍)과 마이크로 기공(micropore, 2nm(나노미터) 이하 크기의 구멍)이 동시에 존재하는 다공성 구조의 전도성 탄소 구조체 기반의 고용량 음극재와 양극재 개발을 통해 고성능 하이브리드 리튬이온 전지를 구현했다.
강 교수팀이 개발한 하이브리드 리튬이온 전지는 이미 상용화된 리튬이온 배터리와 견줄만한 에너지 밀도와 슈퍼 축전기의 출력 밀도 특성을 모두 갖춘 차세대 에너지 저장 소자다. 수 초에서 수 분의 급속충전이 가능해서 전기차를 비롯해 전기 트램과 스마트 전자기기 등에 활용이 기대된다.
이번 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 `어드밴스드 에너지 머터리얼(Advanced Energy Materials, IF 25.245)' 11월 10일 字에 실렸으며 연구 우수성을 인정받아 표지논문으로 선정됐다. (논문명: Metal-Organic Framework-Derived Anode and Polyaniline Chain Networked Cathode with Mesoporous and Conductive Pathways for High Energy Density, Ultrafast Rechargeable, and Long-Life Hybrid Capacitors)
리튬이온 배터리는 현재 대표적인 상업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)이다. 미래 이동 수단으로 꼽히는 친환경 전기차(Electric Vehicles, EVs)부터 각종 스마트 전자기기에 이르기까지 전자 산업에 필수적인 요소로 자리 잡고 있어 `제2의 반도체'로 불린다.
리튬이온 배터리는 2019년 노벨 화학상 수상으로 실효성이 증명됐으며, 넓은 구동 전압과 높은 에너지 밀도로 현존하는 에너지 저장 시스템 중 가장 높은 점유율을 보유하고 있다. 반면 유계 전해질의 낮은 이온 전도도, 느린 전기화학적 반응 속도, 전극재의 한정성 등의 특성에 의한 낮은 출력 밀도, 긴 충전 시간, 음극 및 양극 비대칭에 따른 큰 부피 등 근본적인 문제점 때문에 최근 고성능 전극재 및 차세대 에너지 저장 소자 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
하이브리드 전지는 배터리용 음극의 높은 저장 용량과 축전기용 양극의 빠른 이온 충·방전의 장점을 모두 지니고 있어 차량용 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 에너지 저장 소자로 많은 주목을 받고 있다. 하지만 고에너지 및 고출력 밀도의 전지를 구현하기 위해서 배터리용 음극의 전기 전도도와 이온 저장 특성 개선, 축전기용 양극의 이온 저장 용량 증가, 그리고 서로 다른 이온 저장 메커니즘에 따른 두 전극의 최적화 과정이 필요하다.
강 교수 연구팀은 다공성 구조의 환원된 산화 그래핀을 활용한 전도성 탄소 기반의 음극 및 양극 소재를 개발하는 한편 속도 특성이 개선된 고용량 음극과 양극을 통해 고에너지·고출력의 하이브리드 리튬이온 에너지 저장 장치를 구현하는 데 성공했다.
연구팀은 우선 배터리용 음극 재료로 다공성 나노결정인 금속-유기 골격체(Metal-Oraganic Frameworks, MOFs)의 탄화 과정을 통해 5~10 나노미터 크기의 몰리브덴 금속 산화물 (MoO2)이 결합된 탄소 구조체를 만들었다. 탄화 과정에서 탄소 구조체를 감싸는 산화 그래핀은 환원되면서 전도성 탄소 결합 형성으로 전기 전도도를 향상시키며, 선택적 금속 식각으로 마이크로 기공이 형성된 다공성 구조를 제작했다.
이러한 마이크로 기공은 전해질 속 리튬이온(Li+)의 침투를 쉽게 하며, 나노 크기의 금속 산화물과 환원된 산화 그래핀 껍질은 전기 전도도 향상을 통해 높은 용량과 고율 방전 특성을 보인다.
연구팀은 이와 함께 축전기용 양극 재료로 섬유형 전도성 고분자를 환원된 산화 그래핀 면에 가교화 시켜 새로운 구조를 만드는 제작기술을 적용했다. 전도성 고분자인 폴리아닐린 (polyaniline, PANI)은 저온에서 순간적으로 중합돼 환원된 산화 그래핀 면에서 강한 결합력(π-π 결합)을 가지며, 질소 도핑 효과에 의해 음이온 (PF6-)의 흡착을 가능케 한다.
전도성 폴리아닐린 고분자-환원된 산화 그래핀 양극은 환원된 산화 그래핀 대비 200% 증가한 이온 저장 용량과 함께 상용화된 활성탄 (activated carbon, AC)에 준하는 에너지 저장 특성을 보였다.
연구팀은 이러한 과정을 거쳐 새로 개발한 음극재(MoO2@rGO)와 양극재(PANI@rGO)를 활용해 고성능 하이브리드 전지를 개발했다.
연구팀 관계자는 "이 하이브리드 전지는 기존 리튬이온 배터리 수준의 고에너지 밀도와 함께 넓은 구동 전압 범위에서 고출력 특성을 보인다ˮ면서 "태양전지 모듈로 수십 초 내 급속충전이 가능해서 기존에 나와 있는 에너지 저장 시스템의 한계를 개선했다ˮ고 말했다.
연구를 주도한 강정구 교수도 "리튬이온 배터리 수준의 에너지 밀도는 물론 고출력 밀도에 의한 급속충전이 가능한 최첨단 리튬이온 전지ˮ라고 소개하면서 "활용 범위를 전기차를 포함해 모든 전자기기로까지 확대한다면 인류 삶의 질을 높일 것으로 기대한다ˮ고 의미를 부여했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업의 하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단과 미래창조과학부 수소에너지 혁신기술사업의 지원을 받아 수행됐다.
2020.12.04 조회수 47506 -
조천식녹색교통대학원, 하이브리드 경유-전기 소형화물차 개조기술 실증
우리 대학 조천식녹색교통대학원은 미세먼지 및 온실가스 발생의 주요 원인인 경유 소형화물차(적재중량 1톤 미만)를 하이브리드 경유-전기 트럭으로 개조해 배출가스를 줄이고 연비를 개선할 수 있는 기술을 개발했으며, 이를 제주특별자치도 내 물류 배송환경에서 실증한다고 밝혔다.
하이브리드 경유-전기 트럭 개조기술은 국토교통부가 주관하고, 국토교통과학기술원이 지원하는 '택배 차량용 디젤 트럭의 하이브리드 개조기술 개발 및 실용화 연구' R&D 사업을 통해 개발됐다.
이에 조천식녹색교통대학원 장기태 교수 연구진은 운행 중인 경유 소형화물차를 개조(튜닝)하여 경유엔진과 전기모터를 혼용하는 하이브리드 기술의 개발을 완료, 지난 7월 초 한국 교통안전공단 자동차안전연구원의 안전성 확인과 승인 검사를 완료한 바 있다.
이번에 제주 지역에서 진행되는 실증은 하이브리드 경유-전기 트럭을 실제 물류배송 환경에서 운행하면서 성능 및 안전성을 검증하고, 연비 개선 및 배출가스 저감 효과를 평가하기 위하여 수행된다. 이번 실증에서는 하이브리드 경유-전기트럭 4대가 제주특별자치도 내 물류 기업인 JBL 로지스틱스의 실제 물류 운송에 투입되어 7월 14일부터 올해 말까지 약 6개월간 운행될 예정이다.
우리 대학이 제작한 하이브리드 경유-전기트럭은 JBL로지스틱스에서 운영하는 실제 배송경로의 화물운송에 투입되며, 차량에 부착된 모니터링 장치에서 수집된 빅데이터를 분석하여 효과를 검증한다. 또한 실증의 안전성 확보를 위하여 제주혁신성장센터 내 친환경스마트자동차 연구센터에 실시간 관제시스템을 구축하여 안전을 상시 모니터링하고, 지역 정비업체와 협력하여 차량 관리를 진행할 예정이다.
연구책임자인 장기태 교수는 “미세먼지 저감을 통한 대기환경 개선과 연비 개선을 통한 물류비용 감소를 기대할 수 있는 현실적인 친환경 자동차 개조기술의 실증을 통해 관련 기술의 신뢰성과 현실 적용성이 확인된다면 향후 그 활용성과 사업성이 기대된다”고 밝혔다. 이어 “본 기술은 운행 중인 경유 트럭을 하이브리드 경유-전기 트럭으로 개조(튜닝)하는 모듈화된 신기술로 자동차종합정비업 또는 소형자동차정비업에서도 개조를 수행할 수 있어 향후 소규모 지역기업의 신사업분야로 성장할 수 있는 기술”이라고 덧붙였다.
2020.07.13 조회수 23770 -
김제우 교수, 제6회 국제전기차엑스포서 기조연설
〈 ‘제2차 ASEAN 10개국 EV 포럼’에서 기조 연설 중인 김제우 교수 〉
우리나라에서 전기차를 대상으로 하는 제6회 국제전기차엑스포가 5월 8일부터 11일까지 4일간 제주도 제주국제컨벤션센터(ICC JEJU)에서 열린다. 국제전기차 엑스포 행사기간 중에는 다양한 포럼도 함께 개최되는데 이 중에서 전기차 정책과 기술개발 현황 및 사업 성공 사례 공유를 통한 전기차 발전 방향에 관해 아세안(ASEAN) 10개국이 참여하는 ‘제2차 ASEAN 10개국 EV 포럼’이 7일 사전행사로 개최된다.
이번 2차 EV 포럼에서는 우리나라의 현대차와 KAIST에서 기조연설을 하고 필리핀, 태국 및 베트남이 각국의 전기차 정책 및 기술개발 현황과 사업 성공사례를 발표한다.
특히 미국 퀄컴사 부사장 출신으로 현재 KAIST 창업원 초빙교수이자 교원창업 회사인 ㈜와이파워원의 CEO인 김제우 교수는 ‘Wireless Charging for Revolutionizing Pubic Transportations’ 라는 주제의 기조연설을 통해 전기차 분야에서 관심이 높아지고 있는 무선충전 방식을 대중교통 분야에 적용하는 방안을 제시할 계획이다.
이날 김제우 교수가 기조연설을 통해 대중교통 분야인 전기버스 보급 현황과 향후 친환경 전기차 확대 시, 대안으로 제시하는 무선충전 기술은 대용량의 전기에너지를 무선으로 안전하게 전달하는 무선충전 SMFIR(자기공진 형상화 기술) 방식의 원천기술인데 전선에서 발생하는 자기장을 무선으로 집전장치를 통해 전기에너지로 변환시켜 전력을 공급하는 신개념의 전력전송 기술이다.
김제우 교수는 KAIST가 개발한 무선충전 상용화 기술은 현행 유선충전 방식에서 문제로 꼽히는 충전 플러그의 호환성 문제와 충전기 설치 공간문제, 충전 대기 시간 등 향후 전기차가 대량보급될 때 발생하는 안전성·편의성·경제성 문제를 한꺼번에 해결이 가능한 미래 스마트교통 분야의 혁신적인 장점을 갖고 있어 현재 유럽·미국·일본 등에서도 연구개발과 상용화를 추진에 있음을 소개할 계획이다.
김 교수는 특히 무선충전 기술이 자율 및 무인 주행 분야·드론 분야·스마트 도로 분야 등 4차 산업혁명 관련 기술 분야에 적용될 경우, 파급효과가 매우 클 것으로 강조할 예정이다.
김 교수는 이밖에 KAIST 무선충전 기술은 자기장 빔형 성 기술로써 기존 표준구조인 circular와 DD 방식보다 좌우 편차의 충전범위를 확장 시킬 수 있고 circular 및 DD 방식과도 호환이 가능하기 때문에 다품종 전기차와 인프라 공유가 가능하다는 점을 들어 현재 대중교통 수단인 내연기관 노선버스를 친환경 전기버스로의 전환을 추진 중인 우리나라에서 친환경 대중교통 시스템 구축에도 크게 기여할 수 있으며 또 관련 분야에서 국내기술의 국제 경쟁력을 증대시킬 수 있다는 점을 무선충전 기술의 장점으로 역설할 예정이다.
한편 KAIST는 지난 2009년 세계 최초로 무선충전 기술을 개발하는데 성공했으며 2012년과 2013년부터 상용화에 성공한 노선버스 2대와 4대를 각각 KAIST 교내와 구미시에서 운영 중이다. 이밖에 대전광역시도 올해 중 테마형 특화단지(대덕특구)인 Re-New 과학마을 등에 3대를 도입, 운영할 계획이다. 이 기술은 작년 창업한 교원 창업기업인 ㈜와이파워원로 기술이 이전됐다.
2019.05.07 조회수 16096 -
리튬공기 이차전지 핵심기술 개발
- KAIST-경기대 공동연구팀, 나노섬유·그래핀 복합촉매 개발 -- 리튬이온 이차전지보다 5배 용량 향상, 최대 800km 주행가능 -
서울-부산을 전기차로 왕복할 수 있는 시대가 열릴까? 차세대 초고용량 전지로 주목받고 있는 리튬공기 이차전지의 핵심기술이 개발됐다.
우리 학교 신소재공학과 김일두·전석우 교수와 경기대학교 신소재공학과 박용준 교수 공동연구팀은 나노섬유·그래핀 복합촉매를 개발하고 리튬공기 이차전지에 적용해 리튬이온 이차전지 보다 용량이 5배 높은 ‘리튬공기 이차전지’를 만드는 데 성공했다.
연구 결과는 나노 분야 권위 있는 학술지 ‘나노레터스(Nano Letters)’ 8월 8일자 온라인판에 게재됐다.
‘리튬이온 이차전지’의 음극과 양극에는 각각 흑연, 리튬전이금속산화물로 구성돼 있다. 이 전지는 핸드폰, 노트북 등에 널리 사용되고 있는데 전기차에 적용할 경우 한 번 충전에 약 160km 정도만 주행할 수 있어 아직은 전기차용으로는 용량이 충분하지 않다는 것이 일반적인 평가다.
연구팀이 이번에 개발한 ‘리튬공기 이차전지’는 음극은 리튬, 양극은 산소를 사용한다. 무게가 가벼우면서도 실제 얻을 수 있는 에너지밀도가 리튬이온 이차전지보다 훨씬 높아 차세대 이차전지 중 가장 큰 각광을 받고 있다.
그러나 방전 시 리튬과 산소가 서로 만나 리튬산화물(Li2O2)이 형성되고 충전 시 다시 분해되는데 이 과정이 원활하게 일어나지 않는 문제점으로 인해 높은 저항이 발생하며, 수명이 짧아 상용화에 어려움이 있었다. 따라서 리튬산화물의 형성 및 분해반응을 보다 수월하게 해주는 고효율 촉매 개발이 필수적이었다.
연구팀은 전기방사 방법으로 대량생산이 가능한 코발트산화물 나노섬유와 그래핀을 섞어 나노 복합촉매를 개발했다.
촉매활성이 매우 높은 ‘코발트산화물 나노섬유’에 큰 비표면적과 높은 전기전도도를 가지고 있는 ‘비산화그래핀’을 결착시킴으로써 리튬공기 이차전지의 성능을 극대화 시킬 수 있었다고 연구팀은 전했다.
개발된 나노 복합촉매를 리튬공기 이차전지의 양극에 적용하면 리튬이온 이차전지 용량의 5배에 달하는 1000mAh/g 이상의 고용량에서도 80회 이상의 충·방전이 가능한 우수한 수명특성을 보였다.
연구팀이 이번에 확보한 충·방전 특성은 현재까지 보고된 성능 중 가장 높은 수준이며, 금속 산화물과 그래핀을 소재로 활용했기 때문에 저렴하게 만들 수 있다. 상용화에 성공해 전기차에 적용하면 한 번 충전에 800Km이상 주행할 수 있어 서울-부산을 왕복 가능해질 것으로 기대된다.
김일두 교수는 “안정성 등 상용화까지는 해결할 과제들이 많이 있지만 본격적인 전기차 시대를 위해 여러 기관들과 협력해 연구할 것”이라며 “우리나라에서 리튬공기 이차전지 분야의 핵심 소재 중에 하나인 나노촉매 합성 기술 개발을 주도해 차세대 리튬공기 이차전지 분야의 활성화에 기여하고 싶다”고 말했다.
한편, 이번 연구에는 KAIST 신소재공학과 류원희 박사, 송성호 박사과정 학생, 경기대학교 윤택한 석사과정 학생이 참여했다.
그림1. 나노복합촉매로 구성된 리튬공기 이차전지 개념도
그림2. 코발트산화물 나노섬유/그래핀 나노 복합촉매 이미지
그림3. 리튬공기 이차전지용 코발트산화물 나노섬유/그래핀 나노 복합촉매 제조과정 이미지
2013.09.05 조회수 25470 -
주차걱정 끝~! 접이식 초소형 전기차 개발
- 동물 모사해 접는 초소형 전기차 ‘아마딜로-T’ 개발 -
- 2.8m 차량을 접으면 1.65m, 한 대 공간에 3대 주차 가능해 -- “경차보다 작은 신규 초소형 세그먼트 차량 인증 법규 서둘러야” -
도심 속 주차난을 한 방에 해결해 줄 초소형 접이식 전기차 ‘아마딜로-T(Armadillo-T)’가 공개됐다.
13일 오전 10시 KAIST에서 공개한 접이식 자동차 ‘아마딜로-T’는 지난 2011년 12월부터 국토교통부, 국토교통과학기술진흥원 등의 지원을 받아 KAIST 조천식녹색교통대학원 서인수 교수 연구팀이 개발했다.
‘아마딜로’는 아메리카 대륙에 사는 가죽이 딱딱한 동물로 적을 만나면 공 모양으로 몸을 둥글게 말아 자신을 지켜낸다. 연구팀은 이 동물이 몸을 접는 모습에 착안해 차량을 디자인 했다. ‘아마딜로’라는 동물의 이름에 자동차의 시대를 연 포드의 세계 최초 대량생산 자동차인 ‘포드 모델 T’의 T를 붙여 아마딜로-T라는 이름을 붙였다고 연구팀은 전했다.
연구팀은 다양한 디자인을 검토해 △초소형 전기자동차 △독창적인 접이식 구조의 적용 △공기역학적 설계 및 실내 공간 최대화 △모터 제어 및 4륜 동력학적 통합제어 알고리즘의 개발 등을 통해 혁신적인 차체 형상과 고효율 및 차량의 안정성을 보장하도록 설계했다.
길이는 국내에서 가장 작은 경차보다도 짧은 2.8m에 불과하다. 주차모드로 전환하면 차량 중간지점을 기준으로 부채처럼 접히면서 1.65m로 줄어든다. 5m길이의 일반 주차장에 3대까지 주차할 수 있다.
500kg의 무게에 최고속도는 시속 60km까지 낼 수 있으며 탑승 정원은 2명이다. 13.6kWh 용량의 배터리를 탑재해 10분 동안 급속 충전하면 최대 100km까지 주행 가능하다.
경차 또는 기존 저속 전기차 보다도 작은 초소형 차량(micro mobility)은 유럽에서는 국제연합유럽경제위원회(UNECE) 규정에 의거, 연비 및 안정성 등 차량 인증 법규가 존재한다. 일본에서도 정부 차원에서 많은 실증이 진행되고 있지만 국내에서는 아직 사회적 관심이나 법규 검토 등에서 아직 미약하다.
차량을 움직이는 동력은 바퀴 안쪽에 장착된 인 휠 모터(In-Wheel Motor)에서 나온다. 동력 창치를 바퀴에 적용함으로써 승객의 편의를 위한 차량의 공간을 최대화 할 수 있다. 또 4개의 바퀴를 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 기존의 차량보다 더 안정되면서도 높은 성능을 낼 수 있으며, 차가 접힌 상태에서는 제자리에서 360도 회전이 가능하다.
다른 첨단기술도 접목했다. 사이드미러를 없애고 카메라를 통해 좌우측 후면을 볼 수 있도록 해 디자인을 간결하게 하면서 사각지대를 최소화했다. 또 최첨단 컴퓨터를 통해 배터리가 남은 양 등 차량 각 장치의 정보를 전달받아 모니터에 표시해준다. 주차 시에는 차량을 주차한 후 스마트폰 앱을 통해 외부에서 접을 수 있다. 게다가 접은 상태에서 스마트폰을 이용해 자동 주차 제어가 가능하다.
서인수 교수는 접이식 전기차 개발 배경에 대해 “고령화 사회에 대비한 노인들의 복지, 제한된 석유자원과 친환경 에너지, 근거리 도심 또는 지역사회 교통수단 등 다양한 목적을 가지고 만들었다”며 “최근 KAIST가 개발한 무선충전 전기버스처럼 상용화에 성공해 우리나라 창조경제 발전에 기여할 것”이라고 말했다.
연구팀은 ‘아마딜로-T’ 개발과정에서 총 13건의 국내외 특허를 출원했으며, 지난 5월 국제전기전자공학회 산하 국제전기기계및자동차학회에서 실시한 디자인경진대회에서 2위에 입상하는 성과를 이루기도 했다.
2013.08.13 조회수 22416 -
임춘택 교수, 새로운 무선충전 전달장치 개발
- 온라인 전기차 OLEV 용 ‘I형 무선전력 전달장치’ 개발 -
- 기존의 레일형 플랫폼 대비 공사기간 10분의 1로 단축하고 선로비용 기존의 80% 수준 -
우리 대학이 개발한 온라인 전기차 올레브(이하 OLEV)가 경제성을 더욱 개선한 새로운 무선전력 전달장치 개발로 실용화에 한걸음 더 다가섰다.
우리 대학 원자력및양자공학과 임춘택 교수(49세)가 기존의 레일형 급전선로와 형태가 다른 ‘I형 무선전력 전달장치’를 개발했다
임 교수 연구팀이 개발에 성공한 I형 무선전력 전달장치는 모듈형 제작이 가능하기 때문에 기존의 급전선로에 비해 콘크리트 공사가 필요 없고 아스팔트 시설비용도 절약할 수 있어 온라인 전기차에 적용할 경우 설치비용을 크게 절감할 수 있는 이점이 있다.
KAIST OLEV는 도로 밑 약 15cm 지점에 매설한 전선에서 발생하는 자기장을 차량하부에 장착한 집전장치에서 전기에너지로 변환해 운행하는 새로운 개념의 친환경 전기차인데, KAIST가 지난 2009년 세계 최초로 도로주행용 무선전기차 개발에 성공했다. KAIST OLEV는 신호대기 등 정차 중에 충전할 수 있으며 주행 중에는 실시간으로 전력을 전달받아 운행한다.
현재 대전 KAIST 문지캠퍼스를 비롯해 여수 엑스포전시관, 서울대공원에서 각각 시범운행 중인 OLEV는 레일형으로 급전선로 폭이 80cm이며 공극간격 20cm에서 집전장치 당 15kW까지 충전이 가능하다.
KAIST OLEV는 그 동안 기술력과 아이디어 면에서는 크게 인정을 받은 반면 기존 도로에 설치하기 위해선 도로를 파고 시스템을 설치해야 하는 등 경제성 문제로 상용화에 어려움이 있다는 지적을 받아왔다.
임 교수팀이 이번에 새로 개발한 ‘I형 무선전력 전달장치’는 급전선로 폭을 10cm로 줄여 기존선로 폭의 1/8로 줄였으며 무선전력도 공극간격 20cm에서 25kW까지 전달할 수 있도록 성능이 대폭 향상됐다. 또한 차량의 좌우 허용편차도 24cm로 넓어졌으며 전자기장도 국제적 설계 가이드라인을 충족해 인체안전성에도 문제가 없다.
급전선로 폭이 획기적으로 줄어들고 공장에서 대량으로 모듈제작이 가능해진 만큼 그동안 경제성 측면에서 지적을 받아 온 KAIST OLEV로서는 새로운 급전시설 개발이 실용화에 큰 도움이 될 것으로 전문가들은 예상하고 있다. 임춘택 교수도 “기존 레일형에 비해 공사시간은 10분의 1로 크게 단축되고 급전선로 비용도 80%에 불과해 시공성과 경제성이 모두 크게 개선됐다”고 강조했다.
임 교수 연구팀의 이번 연구성과는 작년 12월 국제전기전자공학회 전력전자 저널 (IEEE Trans. on Power Electronics)에 게재됐다. 임 교수는 올 2월 미국에서 열린 국제 전기차학회 (Conference on Electric Roads & Vehicles)에 초청돼 관련기술에 대해 강연도 진행했다. 한편, 이번 연구는 지식경제부가 지원한 온라인 전기자동차(OLEV) 원천기술개발과제를 통해 수행됐다.
2012.06.22 조회수 21647 -
서남표 총장, 스웨덴 국왕 초청 국제행사 참가
- 21~22일, ‘국제총장포럼’ 및 ‘왕립 교수 심포지엄’ 참가 -
- ‘KAIST 국제화’를 주제로 국제총장포럼에서 대표 강연 -
서남표 총장이 21일~22일 이틀 간 스웨덴 스톡홀름 쉐라톤 호텔과 스웨덴 국왕 왕실에서 개최되는 국제행사에 참가해 "KAIST 국제화"를 주제로 강연한다
이번 행사는 스웨덴 국제연구 및 고등교육협력재단(STINT)이 주최하는 ‘국제총장포럼’과 스웨덴 왕실이 주최하는 ‘스웨덴 왕립 교수 심포지엄’으로 각각 나눠져 개최된다.
스웨덴 정부가 미래 국가경쟁력 강화방안 중 최우선 과제로 대학의 경쟁력 강화와 국제화를 꼽고 전 세계 국제화 선도대학 총장단을 초청해 국제행사를 개최하는 배경에는 ‘스웨덴 대학의 국제 경쟁력이 곧 스웨덴의 미래 경쟁력이다’라는 인식 때문이다.
첫날인 21일 개최되는 국제총장포럼에는 서남표 총장을 포함해, 싱가포르 버틸 앤더슨(Bertil Andersson) 난양공대 총장 등 모두 5명이 강연자로 초청됐으며 스웨덴 고등교육청장 등 현지 대학 관계자 15명도 참석한다.
포럼을 주최한 스웨덴 국제연구 및 고등교육협력재단(STINT)은 전 세계에서 가장 빠르게 국제화를 선도하는 이들 대학 총장단을 초청해 ‘국제화를 위한 대학의 전략-비전과 실행’이라는 주제로 발표와 토론을 진행한다.
이번 국제총장포럼은 ▲ KAIST 서남표 총장이 ‘KAIST 국제화 : 목표, 전략, 도전 및 성과’라는 주제발표를 시작으로 ▲ 싱가포르 난양공과대학 버틸 앤더슨(Bertil Andersson) 총장이 ‘싱가포르 국제대학으로서 난양공과대학’, ▲ 미국 오하이오주립대 윌리엄 부르스타인(Willianm Brustein) 부총장이 ‘세계와 교류하는 대학, 오하이오 주립대’ 라는 주제로 발표한다.
이어 ▲ 홍콩대 조셉 성(Joseph Sung) 총장의 ‘국제화 또는 글로벌화를 위한 중국대학의 전략’ ▲ 동경대학 아키히코 타나카(Akihiko Tanaka) 부총장의 ‘동경대학의 국제화 전략’ 에 대한 주제발표와 함께 토론이 이어진다.
서 총장은 다음날인 22일에는 스웨덴 국왕 왕실이 주관하는 ‘왕립 교수 심포지엄’에도 참가해 KAIST 구성원이 기여하고 발전시킬 수 있는 지속가능한 과학기술의 주요 분야를 파악하고 스웨덴 정부기관 및 대학과의 협력이 가능한 방안에 대해서도 논의할 예정이다.
왕립 교수 심포지엄은 ‘환경문제 해결을 위한 과학의 역할’이란 주제로 개최되며 칼 구스타프 16세 스웨덴 국왕은 모두발언을 통해 ‘미래 문제해결을 위한 환경 과학의 중요성’에 대해 직접 연설할 예정이다.
서 총장 이어 23일 스톡홀름 월드트레이드센터에서 개최되는 ‘신개념 전기차 충전 워크숍’에 참가해 KAIST가 개발 중인 무선전력전송기술의 개념과 개발경험을 소개하고 참석자들과 토론을 진행한다.
이번 워크숍에는 스웨덴 산업에너지통신부장관, 스웨덴 교통행정부장관, 볼보트럭 관계자, 스웨덴 자동차업체 관계자 등 스웨덴 학계‧산업계‧정부관계자 20여명이 참석한다.
KAIST 관계자는 “서남표 총장의 이번 스웨덴 방문은 KAIST 국제화 성과를 대표적 북유럽 국가인 스웨덴 학계‧정부‧산업계에 알릴 소중한 기회”라며 “ 한국과 스웨덴간의 과학기술 및 학술교류에 KAIST가 선도적 역할을 해나갈 것”이라고 말했다.
서 총장은 이밖에 작년 12월 KAIST에 약 20억원을 선뜻 기부한 한국전쟁 참전 종군 간호사 출신 쉐스틴 요나손 여사(88세) 부부를 만나 감사의 뜻도 전할 예정이다.[끝]
2012.03.19 조회수 20257 -
온라인 전기자동차 기술, 첫 해외수출
- 미국으로부터 기술력 인정받아 상용화 박차 -- 미연방교통청과 맥앨런市에서 총 210만 달러(약 24억원) 지원키로 확정 -
우리 학교가 개발한 온라인 전기자동차(OLEV) 기술이 미국에서 인정받아 사상 처음으로 해외시장에 수출된다.
미국 텍사스주 맥앨런市는 최근 시내버스 노선 중 10마일(약 16km)구간노선에 3대의 온라인 전기버스를 KAIST 자회사로서 미주지역 온라인 전기차 관련 기술사업화를 담당하고 있는 올리브 테크놀로지社(대표 이희규)로부터 납품받아 2013년 초부터 운행할 계획이다.
미국 매사추세츠주에 소재한 올리브 테크놀로지社는 온라인 전기자동차 상용화를 위해 무선전력 전송기술을 KAIST로부터 이전받아 올 3월 설립된 벤처기업으로 KAIST가 30%의 지분을 보유하고 있다.
이 회사는 온라인 전기자동차의 미주지역 기술사업화 및 상용화와 관련한 독점적인 라이센스를 갖고 있다.
국내에선 올 7월부터 서울특별시 지원을 받아 서울대공원에서 온라인 전기열차 3대가 운영되고 있는데 해외 공공기관이 상용화를 목적으로 추진 중인 시범사업에 KAIST가 개발한 온라인 전기차 관련기술이 적용되는 것은 이번이 처음이다.
맥앨런市가 시내버스 노선에 온라인 전기버스를 투입키로 결정한 것은 미연방교통청의 전폭적인 지원 때문이다.
미연방교통청은 2009년부터 매년 시행 중인 ‘지속가능성 연구프로젝트’를 통해 미국 전역의 연구기관, 정부 및 공공단체에서 시행하고 있는 청정대체에너지연구와 미래교통기술개발 시행사업을 지원하고 있다.
2011년 프로젝트 공모에는 266개의 연구제안서가 제출됐는데 이 가운데 46개 사업이 선정돼 총 1,300억원(1.12억달러) 규모의 예산을 지원받는다.
올리브 테크놀로지社와 미국 맥앨런市는 공동으로 온라인 전기버스를 개발하는 연구 제안서를 올 8월 미연방교통청에 제출했으며 이후 심사를 거쳐 약 22억원(190만달러)의 연구자금 지원을 받는 시행사업자로 지난 11월 17일 최종 선정됐다.
아울러 이 연구자금 외에도 맥앨런市는 온라인 전기버스사업에 약 2.4억원(21만 1천달러)을 투자하기로 결정, 동 사업에는 모두 24.4억원(211만 1천달러)의 자금이 투입된다.
맥앨런市 관계자는 “KAIST가 개발한 무선충전기술을 이용한 버스를 운행하게 되면 에너지 소비는 물론 온실가스 배출을 줄일 수 있다. 올리브는 기존의 디젤버스를 전기버스로 전환시킬 수 있는 비용효율이 높은 기술”이라며, “도로 주행 중 충전이 가능하기 때문에 전기자동차의 상용화에도 도움을 줄 수 있다”고 말했다.
맥앨런市는 텍사스 주 남쪽 맨 끝자락에 위치한 도시로 약 13만 명(2010년 인구센서스조사 기준)의 시민이 거주하고 있다.
한편, KAIST OLEV는 2010년 미국 시사주간지인 타임(Time)지가 꼽은 세계 50대 발명품 가운데 하나로 선정된 바 있다.
2011.12.01 조회수 17676 -
이재규칼럼 IT 새 지평 여는 전기차
이재규 테크노경영대학원교수가
디지털타임스 2010년 10월 13일(수)자 칼럼을 실었다.
제목: [DT 시론] IT 새 지평 여는 전기차
신문: 디지털타임스
저자: 이재규 테크노경영대학원교수
일시: 2010년 10월 13일(수)
기사보기: [DT 시론] IT 새 지평 여는 전기차
2010.10.13 조회수 11660 -
온라인전기자동차 미국시장 진출 본격착수
우리학교가 개발한 온라인전기자동차(Online Electric Vehicle, OLEV)의 미국시장 진출이 본격적으로 착수됐다.
서남표 총장은 지난 24일 유타(Utah)주 파크시티(Park City)를 방문해 지난 8월 KAIST 온라인전기자동차사업단과 의향서(Letter of Intent)를 체결한 미국 유타주립대학교 부설 연구기관인 에너지 다이내믹스 연구소(Energy Dynamics Lab, EDL)와 온라인전기자동차 기술 적용에 대한 구체적 방안을 협의했다.
또한, 이번 방문에서 유타주 파크시티에 온라인전기차 기술을 활용하는 시범사업에 대해 논의했다.
온라인전기자동차 기술은 KAIST가 제공하고 시스템 구축은 KAIST와 EDL이 공동으로 수행하는 것으로 양측은 합의했으며, 유타 주 내 표준 및 인증절차, 외부 환경(날씨, 온도 등)에 따른 대처, 급전 설비 설치구간, 부품공급, 전력 수급 방안, 사업계획 등을 논의했다.
시범사업이 추진될 파크시티는 2002년 솔트레이크 시티 동계올림픽의 주요경기가 열린 Olympic Park가 있는 도시로, EDL은 KAIST의 비접촉 충전기술을 시범사업에 적용하는 ‘전기차 무선첨단충전(Wireless Advanced Vehicle Electrification, WAVE)프로젝트’를 파크시티 의회에 제출했으며, 시의회에서는 만장일치로 이를 승인한 바 있다.
이번 프로젝트의 전체 예산은 30~50억 원이 소요될 것으로 보인다. 예산 확보를 위해 파크시티의 초기 지원금에 추가해 미국 에너지성(DOE) 등 연방 연구자금을 지원받을 계획이며, 개인․기관 등의 투자자들과도 접촉해 상당한 공감대를 형성했다.
이를 위해 KAIST와 EDL은 유타주 농구 팀인 재즈(JAZZ) 소유주 겸 밀러 모터 스포츠 파크(Miller Motor Sports Park) 소유주인 브라이언 밀러(Bryan Miller)를 만나 KAIST 온라인전기자동차에 대해 소개했다. 브라이언은 상용화가 가능한 기술 수준을 이룬 KAIST에 찬사를 보내면서 투자 의향을 적극적으로 내비쳤다.
서 총장은 파크시티 시장 다나 윌리엄스(Dana Williams)와 함께 파크시티에 설치된 디젤엔진 열차인 트롤리를 시승했고, 윌리엄스 시장은 온라인전기자동차 도입의사를 재표명했다.
윌리엄스 시장은 “파크시티는 미래 지속 가능한 기술(Sustainable technology) 도입에 아주 적극적이며, KAIST의 온라인전기자동차 기술을 미국에서 최초로 도입하기를 원해 시의회에서 만장일치로 도입을 결정했다”며, “파크시티는 이러한 녹색기술 도입의 선두에 있으면서, 전체 도시를 전기자동차로 운영하는 것을 계획하고 있으며, 온라인전기자동차는 그 시작이 될 것이다” 라고 말했다.
이에 앞서, KAIST 온라인전기자동차사업단은 비접촉 전력전달기술을 운송시스템에 적용하기 위한 공동연구 및 협력을 위해 국제 연구개발 컨소시엄인 도로충전 및 자동화를 위한 파트너쉽(Partnership for Roadway Electrification and Automation, PREA)에 공동으로 참여하기로 했다.
PREA는 두 개의 미국 국립연구소와 미국 및 뉴질랜드의 유수 대학들로 주도적으로 구성된 비접촉 충전기술의 연구, 개발활동을 심화하기 위해 만들어진 컨소시엄이다.
이번 컨소시엄을 통해 KAIST의 온라인전기자동차 기술은 국제적으로 인정받아, 세계 속의 원천기술로 도약하면서 글로벌 기술경쟁력을 확보하는데 크게 기여할 것으로 보인다.
컨소시엄에 참여한 각각의 기관은 기관별로 진행하고 있는 연구개발, 시범사업, 교통시스템 적용 등에 대해 상호간 이익이 될 수 있는 효과적인 협력 체계 구축을 위해 노력하고 비접촉 전력 전달 기술에 대한 각 기관의 전문성을 활용하여 자동차, 고속도로, 에너지 인프라를 결합, 자동화된 전기 수송 시스템 네트워크를 구축하는데 공동의 목표를 함께한다.
온라인전기자동차사업단 서인수 교수는 “국제 공동 컨소시엄을 통해 향후 우리 기술이 국제표준으로 인정받아 기술 부가가치 창출에도 기여할 수 있도록 컨소시엄 안에서 우리의 역할을 분명히 하겠다” 고 밝혔다.
2010.10.04 조회수 29481 -
온라인전기차, 모바일하버 성과평가 해명
- 출처: 과학기술정책연구원(STEPI)에서 2010. 5. 18(화) 발표한 해명자료
□ 언론사명 : 매일경제신문(경제), 한국경제신문(경제), 전자신문(IT/과학), 연합뉴스(IT/과학), 헤럴드생생뉴스(생활/문화)
□ 보 도 일 : 2010. 5. 18(화)
□ 제 목 :
o 매일경제신문 :「온라인전기차·모바일하버 낙제점」
o 한국경제신문 :「KAIST ‘온라인전기차’ 낙제점」
o 전자신문:「KAIST ‘온라인전기차’ ‘모바일하버’ 사업 “상용화 가능성·타당성 낙제점”」
o 연합뉴스 :「KAIST ‘온라인 전기차’ 평가 낙제점」
o 헤럴드생생뉴스:「KAIST ‘온라인 전기차’ 평가 낙제점」
□ 보도내용
◦ KAIST의 역점 사업인 ‘온라인 전기차’와 ‘모바일 하버’가 정부의 최종 사업성 평가에서 낙제점을 받았다는 내용
- 교육과학기술부에 따르면 과학기술정책연구원(STEPI)이 제출한 ‘온라인 전기차 및 모바일 하버 관련 원천기술 확보사업 성과평가보고서’를 분석한 결과 최종 평가점수에서 온라인 전기자동차 사업이 52.1점(100점 배점), 모바일하버 사업이 58.5점을 받았다고 보도
□ 사실 확인 및 과학기술정책연구원 입장
◦ 과학기술정책연구원의 입장
- 교육과학기술부에서 제공한 보고서는 STEPI가 제출한 최종 보고서가 아니며, 특히 공식적으로나 대외적으로 발표한 자료가 아님
- 본 연구의 결과에 대한 발표 시점이나 발표자 등의 의도에 대해 심히 유감을 표함. 특히 KAIST 총장 선출 등 미묘한 현 시점에서 미완성된 보고서가 언론에 공개된 것은 연구자들의 자율적·독립적인 연구결과가 바람직하지 않게 이용되었다는 점에서 특히 유감임
- 본 연구의 극히 일부분을 전체 맥락 없이 주관적이며 선별적으로 확대 해석함으로써 연구진 전체의 균형된 연구 결과에 대해 연구자들의 고유한, 전문적인 연구 영역을 침해한 것으로 관계자들의 정중한 사과와 사후 이와 유사한 사례의 재발이 없기를 바람
◦ 사실 확인 내용
- 온라인전기차의 경우 원천기술의 개발 성과는 인정되며 사업계획 당초의 기술개발 목표치를 달성
- 모바일하버의 경우 원천기술이라 할 수 있는 획기적인 기술성과는 충분치 않으나 관련 세부 기술에 대해 현존하는 거의 모든 기술들을 조사 분석하여 그 중에서 모바일하버에 적합한 것을 선택해 나가는 방법으로 일부 가시적인 성과는 있었음
- 온라인전기차의 경우, 평가의 최종 결론은 무선전력전송의 원천기술 확보 차원의 중장기적인 연구 개발을 통해 응용가능한 분야를 창출할 수 있을 것으로 기대되므로 원천기술 중심의 연구개발을 지속적으로 지원하자는 것임
- 본 사업평가의 평가지표는 기초연구+개발연구라는 사업의 특수한 성격을 고려하여 별도로 설계되었으며 따라서 본 평가결과의 절대점수는 과제의 우수/미흡을 판별하는 기준으로 사용될 수 없음
2010.05.19 조회수 17579