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도심 항공 모빌리티는 리튬황전지로 세대교체 가능
전기자동차 시장의 성장에 이어, 항공 교통을 연결하는 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM) 시장이 배터리 산업의 새로운 전환점으로 주목받고 있다. 항공 모빌리티를 위한 에너지원으로는 쓰이는 기존 상용 리튬이온전지는 무게당 에너지밀도가 낮은 한계점이 있어 대학과 기업 공동연구진이 이를 극복할 차세대 기술로 활용될 혁신적인 리튬황전지를 개발해서 화제다.
우리 대학 생명화학공학과 김희탁 교수팀이 LG에너지솔루션 공동연구팀과 협력 연구를 통해 배터리의 안정적 사용을 위해 전해액 사용량이 줄어든 환경에서 리튬황전지 성능 저하 원인을 규명하고, 이를 바탕으로 성능을 혁신적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
중국 CATL社는 2023년 ‘응축 배터리(Condensed battery)’기술을 발표하며 항공용 배터리 시장을 준비하고 있음을 밝힌 바 있다. 이와 같은 흐름 속에서, 기존 리튬이온전지를 뛰어넘는 차세대 기술로 리튬황전지가 주목받고 있다. 리튬황전지는 기존 리튬이온전지 대비 2배 이상의 무게당 에너지밀도를 제공할 수 있어 UAM 시장의 게임 체인저로 평가받는다.
그러나 기존 리튬황전지 기술은 배터리의 안정적 구동을 위해 많은 양의 전해액이 필요해 전지 무게가 증가하고, 결과적으로 에너지밀도가 감소하는 문제가 있었다. 더불어 전해액 사용량을 줄이는 희박 전해액 환경에서는 성능 열화가 가속화되는 한편, 퇴화 메커니즘조차 명확히 밝혀지지 않아 UAM용 리튬황전지 개발이 난항을 겪어 왔다.
연구팀은 전해액 사용량을 기존 대비 60% 이상 줄이고도 400Wh/kg 이상의 에너지밀도를 구현하는 리튬황전지를 개발했다. 이는 상용 리튬이온전지보다 60% 이상 높은 에너지밀도를 가지며, 안정적인 수명 특성을 확보해 UAM용 배터리의 가장 큰 장애물을 극복한 것으로 평가된다.
연구팀은 다양한 전해액 환경을 실험하며, 성능 저하의 주요 원인이 전극 부식으로 인한 전해액 고갈임을 밝혀냈다. 이를 해결하기 위해 불소화 에테르 용매를 도입해 리튬 금속 음극의 안정성과 가역성을 높이고 전해액 분해를 줄이는 데 성공했다.
생명화학공학과 김일주 박사과정 학생이 제 1저자로 참여한 이번 연구는 에너지 분야 최고 권위 학술지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 게재되며 그 혁신성을 인정받았다.
(논문 제목: Moderately Solvating Electrolyte with Fluorinated Cosolvents for Lean-Electrolyte Li-S Batteries,
DOI: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202403828)
연구 책임자인 우리 대학 김희탁 교수는 “이번 연구는 리튬황전지에서 전해액 설계를 통한 전극 계면 제어의 중요성을 밝힌 의미 있는 연구로 대학과 기업의 협력을 통해 이루어진 대표적인 성공 사례로 UAM과 같은 차세대 모빌리티 배터리 상용화를 앞당기는 데 큰 진전을 이룰 것”이라고 말했다.
KAIST와 LG에너지솔루션은 앞으로도 차세대 모빌리티를 위한 배터리 기술 협력을 강화해, 새로운 배터리 시장을 선도할 계획이다.
이번 연구는 2021년 KAIST와 LG에너지솔루션이 공동 설립한 ‘프론티어 리서치 랩(Frontier Research Laboratory)’에서 수행됐으며, 또한, 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2024.12.23
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암세포를 정상세포로 되돌려 치료하는 원천기술 개발
지금까지 다양한 항암 치료 기술이 개발됐음에도 현재 시행되고 있는 모든 항암치료의 공통점은 암세포를 사멸시켜서 치료하는 것을 목표로 하고 있다. 이로 인해 암세포가 내성을 획득해 재발하거나 정상세포까지 사멸시켜 큰 부작용을 유발하는 등 근본적인 한계를 지니고 있다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 대장암세포를 죽이지 않고 그 상태만을 변환시켜 정상 대장세포와 유사한 상태로 되돌림으로써 부작용 없이 치료할 수 있는 대장암 가역 치료를 위한 원천기술을 개발하였다고 22일 밝혔다.
연구팀은 정상세포의 암화 과정에서 정상적인 세포분화 궤적을 역행한다는 관찰 결과에 주목하고, 이를 기반으로 정상세포의 분화궤적에 대한 유전자네트워크의 디지털트윈을 제작하는 기술을 개발했다.
그리고 이를 시뮬레이션 분석해 정상세포 분화를 유도하는 마스터 분자스위치를 체계적으로 탐색해 발굴한 뒤 대장암세포에 적용했을 때 대장암세포의 상태가 정상화된다는 것을 분자세포 실험과 동물실험을 통해 입증했다.
이번 연구성과는 암세포를 정상세포로 가역화 하는 것이 우연한 현상적 발견에 의존하는 것이 아니라 암세포 유전자 네트워크의 디지털 트윈을 제작하고 분석함으로써 체계적으로 접근해 이루어낼 수 있음을 보인 원천기술 개발이며 이 기술을 다른 다양한 암종에 응용하여 암 가역 치료제 개발이 가능함을 제시한 것에 큰 의미가 있다.
조광현 교수는 "암세포가 정상세포로 변환될 수 있다는 것은 놀라운 현상이다. 이번 성과는 이를 체계적으로 유도해낼 수 있음을 증명한 것이다ˮ라고 말했다.
이어 “이번 연구 결과는 암세포를 정상세포로 되돌리는 가역 치료 개념을 최초로 제시한 성과들을 바탕으로 정상세포의 분화궤적을 체계적으로 분석해 암 가역화 치료타겟을 발굴하는 원천기술을 개발한 것이다”라고 강조했다.
우리 대학 공정렬 박사, 이춘경 박사과정 학생, 김훈민 박사과정 학생, 김주희 박사과정 학생 등이 참여한 이번 연구 결과는 와일리(Wiley)에서 출간하는 국제저널 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 12월 11일 字 온라인판 논문으로 출판됐다. (논문명: Control of cellular differentiation trajectories for cancer reversion) DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202402132
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업 및 기초연구실사업의 지원을 통해 수행되었으며 연구 성과는 바이오리버트(주)로 기술이전 되어 실제 암 가역치료제 개발에 활용될 예정이다.
2024.12.23
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류석영 교수, 가헌학술상 수상 및 상금 2천만 원 기부
우리 대학 류석영 교수(전산학부장)가 정보과학 분야에서 우수한 연구성과를 인정받아 '제26회 한국정보과학회 가헌학술상'을 19일(목) 여수엑스포컨벤션센터에서 수상했다고 20일(금) 밝혔다.
류석영 교수 연구팀은 영어로 작성한 프로그래밍 언어 명세*를 활용하여, 프로그램을 자동으로 실행하고 잘못된 부분을 찾아내는 독창적인 기법을 세계 최초로 개발했다. 이 방법은 소프트웨어의 안전성을 혁신적으로 제고할 수 있으며, 2022년 11월부터 가장 널리 사용되는 자바스크립트 언어 개발에 공식 채택되어 사용되고 있다.
*명세: 프로그래밍 언어의 문법과 의미를 정의한 문서
또한, 미국 백악관과 국방성에서 메모리 문제를 막기 위해 C언어 대신 사용하도록 촉구하고 있는 러스트 언어를 연구해, 기존의 C코드를 안전한 러스트 코드로 번역하는 기술을 선제적으로 개발해 연구를 선도하고 있다.
류 교수는 12월 19일 한국소프트웨어종합학술대회에서 ‘프로그래밍 언어를 잘 만드는 방법’을 주제로 수상자 초청 강연을 진행하기도 했다.
한국정보과학회는 정보과학 분야에서 학술적으로 탁월한 업적을 이루고 학문 발전에 기여한 학회 회원을 매년 선정해 가헌학술상을 수여한다. 가헌학술상은 (주)신도리코가 설립한 가헌신도재단(이사장 우석형)이 후원 및 시상하는 것으로 올해로 26회를 맞이했다.
류 교수는 이번 가헌학술상 수상과 함께 받은 상금 2천만 원 전액을 전산학부 장학기금으로 기부했다. 전산학부는 2023년부터 재정 지원이 꼭 필요한 학생을 돕기 위한 장학기금 마련을 위해, 전산학부 구성원뿐 아니라 관심 있는 분들이 동참할 수 있도록 기금을 모금하고 있다.
류 교수는 “연구팀의 성과는 모두 학생들 덕분이라고 생각한다. 우리 대학 전산학부에, 재정적인 이유로 학업을 지속하거나 취업을 준비하기 어려운 학생이 있을 때, 이 장학기금을 통해 학생이 힘을 얻어 잠시 쉴 수 있고 감사한 경험을 가질 수 있기를 바란다”라고 소감을 전했다.
이어, "우리 대학 전산학부 재학생, 졸업생, 교수, 직원 등 구성원 모두가 합심하여 더 많은 장학금이 모금될 수 있도록 동참해 주길 바란다”라고 말했다.
2024.12.20
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창업원, 2024 기후테크 전국민 오디션 우승팀 선발
우리 대학 창업원이 주관한 ‘2024년 기후테크 전 국민 오디션’ 파이널 라운드 행사를 12월 17일(화), KI빌딩 퓨전홀에서 개최하고 최종 8팀을 선발했다고 18일(수) 밝혔다.
이번 행사는 기후 위기를 극복하고 탄소중립 시대를 선도할 아이디어와 기술을 발굴하고자 추진됐다.
17일(화) 대회 결과 일반리그에서는 안빈 학생(KAIST), 스타트업 리그에서는 ㈜에코캐탈이 대상으로 선정됐다. 이 외에도 △최우수상(아시아퍼시픽 국제외국인학교 배준오 학생, ㈜엔텍바이오에스) △우수상(국민대학교 류동호 학생, ㈜이유씨엔씨) △특별상(군산대학교 장대현 학생, ㈜이유씨엔씨)으로 총 8팀을 수상했다. 일반리그 대상에게는 창업지원금 2천만 원, 스타트업 리그 대상에게는 사업화 지원금 3천 5백만 원을 수여했다.
일반 리그 대상 안빈 학생(원자력및양자공학과 박사과정)은 방사능 물질로 전기를 생산하여 탄소를 절감하는 아이디어를 제안했다. 스타트업 리그 대상 ㈜에코캐탈은 기존에 배출되는 이산화탄소를 포집하고 활용하여 친환경이면서도 초고순도인 아세톤을 생산하는 기술을 제안했다. 이를 통해 지구온난화로 이어지는 이산화탄소 배출을 줄이는 동시에 유해성이 없는 친환경 아세톤을 생산할 수 있다.
이 외에도 배준오 학생(아시아퍼시픽 국제외국인학교)은 수경재배가 가능한 맹그로브 나무를 활용해 이산화탄소를 흡수하는 방안을, ㈜엔텍바이오에스는 바이오 기술을 적용한 친환경 메탄저감 사료 제조를 제안해 높은 평가를 받고 각각 최우수상을 수상했다.
‘2024년 기후테크 전 국민 오디션’은 올해 10월부터 11월까지 한 달 동안 일반리그 66명, 스타트업 리그 70명으로 총 136명이 서류 지원했다. 11월 1차 오디션을 거쳐 일반 리그·스타트업 리그에서 각각 7개 팀을 선발하고, 1개월간 아이디어 및 기술 고도화 과정을 거쳤다. 17일(화) 최종 오디션에서 14개 팀의 기술 발표를 진행했으며, 평가를 통해 최종 8개 팀을 선정해 시상했다.
일반 리그 지원자는 일반인 및 예비창업가로, 기후 문제 해결과 관련된 ▲아이디어 참신성 ▲시장가치 ▲실현 가능성 ▲환경점수 등을 기준으로 평가했다. 스타트업 리그는 창업 7년 미만의 기후테크 기업들로, ▲혁신성 ▲시장 잠재력 ▲비즈니스 모델 ▲팀 역량 ▲환경점수 등을 기준으로 평가를 진행했다
배현민 창업원장은 “이번 기후테크 오디션을 통해 더 많은 분이 기후 문제 해결에 동참하고 혁신적인 아이디어를 실현해 나가길 기대한다. 최종 선발된 아이디어는 창업원 프로그램을 통해 실제 사업으로 이어질 수 있도록 후속 지원할 것”이라고 밝혔다.
이어, “기후테크는 단순한 환경 보호를 넘어 기술과 비즈니스를 결합해 지속가능한 미래를 창조하는 새로운 도전이다. 우리 대학은 실질적이면서도 실행가능한 해결책을 만드는 새로운 플랫폼을 구축해가고, 기후 문제 해결의 선두주자로 자리할 것”이라고 강조했다.
한편 동 행사는 우리 대학 창업원이 주관하고 대전창조경제혁신센터가 협력한 대회이다. 이 외에도 과학기술정보통신부, 중소벤처기업부, 대전광역시, EBS가 후원했다.
2024.12.18
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산업디자인학과, 인사동 그라운드서울에서 전시 개최
우리 대학 산업디자인학과가 인사동 최대 규모의 전시 공간인 그라운드서울(전 아라아트센터)에서 ‘Crossing Over: Innovation and Boundaries' (국문명: ‘혁신을 위한 교차의 경계에서')란 주제로 산업의 미래에 대한 다양한 상상력과 이색 아이디어들을 대중에게 12월 18일부터 26일까지 무료로 공개할 예정이라고 15일 밝혔다.
기술의 시대에, 디자인과 기술의 융합은 단순한 도구적 혁신을 넘어 사회적, 문화적 변화를 이끄는 원동력이 되고 있다. 산업디자인학과가 주최하는 이번 전시에서는 산업디자인학과의 교수진과 학부생들이 고안한 산업과 밀접하게 관련된 혁신적 아이디어들을 구경하고 체험할 수 있다.
이번 전시에서는 대중들이 흥미를 느낄 만한 체험형 프로젝트가 다수 준비되어 있는데 이정아 학생이 사회적 약자를 대상으로 한 범죄로부터 영감을 받아 고안한 ‘귀가 안심 장치’, 김대욱 학생의 시각장애인을 위한 새로운 방식의 점자 악보 리더기까지 디자인과 공학의 융합을 통해 탄생한 다양한 미래 산업의 가능성을 엿볼 수 있다.
전시의 시작을 알리는 오프닝 토크(12월 18일, 16:00)에서는 산업디자인학과 정경원 명예교수(전 서울시 부시장)와 산업디자인학과 강이연 교수가 기조 강연을 진행할 예정이다.
본 전시를 총괄 기획한 산업디자인학과 이창희 교수는 “이번 전시는 디자인과 공학의 융합적 접근을 통해 산업의 다양한 미래와 가능성을 대중과 함께 상상하고, 이를 체험할 수 있도록 기획됐다”며, “우리는 단순히 기술적 발전이나 제품의 개발을 넘어 사람들이 미래 산업에 대해 새로운 관점을 가질 수 있도록 영감을 주는 것을 목표로 했고, 특히 대중들이 직접 체험하고 상호작용할 수 있는 콘텐츠를 통해 산업이 우리의 삶과 사회에 어떤 방식으로 의미를 더할 수 있는지에 대한 깊이 있는 대화를 시작하고자 한다”고 밝혔다.
산업디자인학과 이우훈 학과장은 "디자인은 기술에 사회, 경제, 문화적 의미를 부여해 새로운 제품과 서비스로 바꾸는 창의활동”이라고 밝혔다.
이번 전시는 기술의 인간 중심적 발전을 확장하고, 이를 통해 창의적이고 공감할 수 있는 미래를 제안하고자 하는 뜻을 공유한 네이버, 이니션, 파울러스, 그리고 에이슬립의 후원으로 기획됐다.
전시를 통해 관람객들은 디자인이 단순한 조형에서 벗어나고, 기술이 단순한 효율성을 넘어 인간적 가치를 담아낼 수 있는 다양한 가능성을 체험하며, 우리가 기술과 공존하는 방식에 대해 새로운 시각을 얻을 수 있을 것이라 예상된다.
Crossing Over: Innovation and Boundaries' (국문명: 혁신을 위한 교차의 경계에서) 전시 일정
오프닝톡: 12월 18일 (오후 4시 ~ 오후 7시)
전시기간: 12월 19일 ~ 26일 (오전 10시 ~ 오후 7시)
전시장소: 서울특별시 종로구 인사동9길 26, 그라운드 서울 4층 전시실(오프닝 행사는 그라운드 서울 2층 전시실)
*오프닝톡을 포함해 모든 시민들에게 무료로 공개
2024.12.15
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인간 장 줄기세포 대량 배양, 재생 치료 길 열렸다
우리 연구진이 세계 최초로 화학적으로 규명되고 동물 성분이 완전히 배제된 완전 무이종 (xenogeneic-free) 환경에서 인간 장 줄기세포를 대량 배양하여 줄기세포 치료제로의 임상 적용 가능성을 입증하는데 성공했다. 이번 성과로 향후 환자 맞춤형 줄기세포를 활용한 첨단 재생 치료에 적용 이 가능할 것으로 기대된다.
우리 대학 생명화학공학과 임성갑 교수 연구팀이 한국생명공학연구원(기관장 김장성) 국가아젠다연구부 손미영 박사 연구팀과 공동 연구를 통해, 무이종(xenogeneic-free) 인간 장 줄기세포 재생 치료 플랫폼을 개발했다고 12일 밝혔다.
연구팀은 기존에 사용되던 쥐 섬유아세포, 매트리젤 코팅 없이, 기상 증착된 유기 고분자를 활용한 혁신적인 배양 및 재생 치료 플랫폼을 개발했다.
고분자 스크리닝을 통해 장 줄기세포를 동물 유래 물질 없이 배양하기에 최적인 ‘XF-DISC’ 표면을 발굴했으며, 개발된 XF-DISC는 장 줄기세포의 장기배양, 대량 배양, 동결 보관 시스템에 성공적으로 적용 가능함을 입증했다.
이 플랫폼에서 배양된 장 줄기세포는 분화 모델로 확장 가능할 뿐만 아니라, 생체 내 이식 (in vivo) 실험에 적용되어 장 상피 손상 및 염증성 모델의 쥐 대장에 성공적으로 이식되었다.
이식 이후, 인간 장 줄기세포는 쥐의 대장 조직과 효과적으로 융합되었고, 손상 부위를 재생하고 염증 반응을 완화하는데 탁월한 성능을 보였다.
특히, 사람의 세포가 동물 모델에 이종이식(xenogaft) 된 후에도 기능을 유지하고 조직 재생 효과를 발휘한 것은, 이 플랫폼이 줄기세포 치료제로서의 실질적인 임상 적용 가능성을 입증한 중요한 사례로 평가받고 있다.
이번 연구는 재생 의학 분야에서 인간 만능줄기세포(hPSC)로부터 유도된 장 줄기세포의 신뢰성 있는 대량 배양과 임상 적용 가능성을 한 단계 높일 것으로 기대된다.
향후 연구는 이 플랫폼의 상용화 가능성과 대규모 생산성을 평가하고, 환자 유래 줄기세포에 대한 적용성을 검토할 계획이다. 또한, 환자 유래 장 줄기세포가 무이종 환경에서 성공적으로 배양될 경우, 실제 환자를 대상으로 한 임상 효과를 검증하는 후속 연구가 진행될 예정이다.
임성갑 교수는 “이번 연구성과는 기존 줄기세포 배양 방식을 넘어, 동물 유래 성분을 완전히 배제한 혁신적인 무이종 배양 플랫폼을 개발한 중요한 전환점이다. 특히, 인간 장 줄기세포의 대량 배양, 장기배양 및 이식 가능성을 세계 최초로 입증함으로써 줄기세포 치료제의 신뢰성과 생산성을 획기적으로 향상시켰다. 이는 재생 의학 분야에서 중요한 진전을 의미하며, 향후 연구는 이 플랫폼의 상용화 가능성과 환자 맞춤형 임상 성능을 평가하는 데 집중될 것이다.”라고 말했다.
이번 연구 결과는 우리 대학 박성현 박사과정생, 한국생명공학연구원 권오만 박사, 이하나 박사가 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’지에 12월 2일 자 온라인에 게재됐다.
(논문명: Xenogeneic-free culture of human intestinal stem cells on functional polymer-coated substrates for scalable, clinical-grade stem cell therapy)
한편 과학산업통상자원부, 한국연구재단, 한국과학기술정보통신부, 한국보건복지부, 한국생명공학연구원의 지원을 받아 수행됐다.
2024.12.15
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일상 움직임으로 웨어러블 기기가 충전된다
국제 공동 연구진이 운동 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환하여 웨어러블 기기의 자가 충전이 가능하게 하는 새로운 방법을 개발했다. 이제 일상적인 움직임, 즉 저주파 운동에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있게 되었다.
우리 대학 신소재공학과 서동화 교수 연구팀이 싱가포르 난양공대(NTU, Nanyang Technological Univ.) 전자공학과 이석우 교수 연구팀과의 국제공동연구를 통해 새로운 전기화학적 에너지 수확 방법을 개발했으며, 이를 통해 기존 기술 대비 10배 높은 출력과 100초 이상 지속되는 전류 생성에 성공했다고 10일 밝혔다.
운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 보통 압전(Piezo-electric)과 마찰전기(Tribo-electric) 방식으로 순간적으로 높은 전력을 발생시킬 수 있지만, 내부 저항이 높기 때문에 전류가 짧게 흐르는 한계가 있다. 이에 따라, 보다 효율적이고 지속 가능한 에너지 하베스팅(수확) 기술이 요구되고 있다.
연구팀은 물과 이온성 액체 전해질에 전극을 각각 담가 이온의 이동으로 발생하는 전위차(전기적 위치에너지)를 이용하여 전력을 수확하는 새로운 방식을 개발했다.
또한, 연구팀은 이온이 전해질과 전극 계면에서 산화ㆍ환원 반응을 통해 에너지를 어떻게 발생시키는지 더 깊이 이해하기 위해 *제1원리 기반 분자동역학 시뮬레이션을 수행했다.
*제1원리 기반 분자동역학 시뮬레이션: 양자역학 법칙을 사용해 전자들의 거동을 계산하는 것을 말하며 원자들 사이의 상호작용을 계산으로 구한 뒤, 이를 통해 시간에 따른 원자들의 움직임을 예측하는 것임
그 결과, 이온이 각 전해질에서 주변 용매와 상호작용하는 방식과, 전해질 환경 따른 전극 내부에서의 주변 상호작용 에너지가 다르게 나타났음을 확인했다. 이러한 종합적인 상호작용이 에너지 차이를 발생시키며, 이를 통해 전해질 간 전위 차이를 설명하는 중요한 원리를 제시했다.
연구진은 이 시스템을 여러 개 직렬로 연결하면 출력 전압을 크게 높일 수 있다는 것도 확인했다. 그 결과 계산기를 작동시킬 수 있을 정도인 935mV의 전압을 달성했으며, 이는 저전압 기기나 웨어러블 디바이스와 같은 장치에 적용 가능하다.
또한, 물리적 마모 없이 장시간 안정적으로 작동할 수 있어, 이 기술은 사물인터넷(IoT) 기기나 자가 충전형 전자기기에도 실용적으로 적용될 가능성이 크다.
서동화 교수는 "이번 연구의 핵심은 일상적인 움직임, 즉 저주파 운동에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다는 점”이라며 "시뮬레이션과 실험의 협업을 통해 에너지 수확 원리를 깊이 이해함으로써 설계 가이드라인을 도출할 수 있었고, 이는 상용화 가능성을 크게 높였다”고 설명했다.
이번 연구는 이동훈 난양공대 전자공학과 박사과정, 송유엽 KAIST 신소재공학과 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여했다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션에 지난 10월 19일 자로 온라인 출판됐다.
(논문명 : Electrochemical kinetic energy harvesting mediated by ion solvation switching in two-immiscible liquid electrolyte)
DOI: 10.1038/s41467-024-53235-z
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 나노 및 소재 기술개발사업, 중견연구사업의 지원을 받아 이뤄졌고, 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨터를 지원받아 수행됐다.
2024.12.10
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62％ 향상 수명연장 수소 연료전지 촉매 개발
수소 연료전지는 미래의 친환경 에너지 시스템으로 주목받고 있지만 귀금속인 백금이 다량 사용되고 연료전지 구동 과정에서 탄소 지지체가 부식돼 백금 입자끼리 뭉치면서 연료전지 성능이 저하되는 문제를 가지고 있다. KAIST 연구진이 개발한 수소 연료전지 촉매로 고강도 내구성 평가 이후에도 기존 상용 촉매 대비 약 62% 이상의 전류 밀도를 유지시켜 수소 연료전지 수명을 획기적으로 연장시키는데 성공했다.
우리 대학 신소재공학과 정연식 교수, 조은애 교수 공동연구팀이 수소전기차의 핵심 부품인 연료전지 장치에 활용될 수 있는 고내구성 촉매 소재를 개발했다고 4일 밝혔다.
이번에 개발된 촉매는 실제 구동 환경에서 수천 시간에 맞먹는 강도의 2만 사이클 내구성 평가를 거친 후에도 초기 성능에 가까운 수준을 유지할 만큼 높은 내구성을 갖추고 있어 기존 연료전지에서 가장 큰 걸림돌로 지적됐던 수명 문제를 해결하는 성과로 평가된다.
연구팀은 ‘3차원 자이로이드 나노구조체 기반 촉매 플랫폼’을 개발하는 데 성공했다. 자이로이드 나노구조체는 3차원적으로 길게 연결된 구조로 인해 전기적 연결성이 우수하고 이온이나 기체의 이동이 이동할 수 있는 빈 통로가 많은 장점이 있어 차세대 에너지 소재로 유망하다.
연구팀은 자기조립 특성이 있는 고분자를 활용해 3차원 자이로이드를 합성하고 백금 입자를 강한 결합으로 탑재해 연료전지 구동 시에도 백금 입자의 이동을 원천 차단하고자 했다.
또한, 자이로이드 내부에 증기압을 발생시켜 자이로이드 내부 공간까지 비움으로써 전해질이 더 원활하게 출입할 수 있도록 설계했다.
이를 통해, 내부가 차 있는 일반 자이로이드 구조체 대비 약 3.6배 넓은 촉매 표면적을 확보했다. 그뿐만 아니라 자기조립 고분자에 자체 포함된 피리딘을 이용한 질소 도핑을 통해, 우수한 전기전도성, 촉매 활성도 및 내구성 역시 확보할 수 있었다.
실제 연료전지 구동 환경과 유사한 환경에서 2만 사이클의 고강도 내구성 평가 이후 상용 촉매 대비 약 62% 이상의 출력 밀도 향상을 보였다.
정연식 교수는 “이번 연구는 정밀한 고분자 자기조립 제어 기술을 기반으로 기계적, 화학적으로 견고하고 물질 전달 능력이 탁월한 신규 지지체 소재를 설계해, 촉매의 수명과 활성도를 획기적으로 개선할 수 있음을 입증한 성과”라고 말했으며, “이 기술은 차세대 에너지 전환 기술에 있어 귀금속 촉매 지지체 소재 개발 방향성을 제시하는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”라고 덧붙였다.
신소재공학과 최성수 박사과정 학생, 양현우 박사과정 학생, 이건호 박사 등이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지‘어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)’11월 21일 字 온라인판에 게재됐다. (논문명: Self-assembled Hollow Gyroids with Bicontinuous Mesostructures: A Highly Robust Electrocatalyst Fixation Platform)
DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202412525
한편 이번 연구는 한국 정부(산업통상자원부)가 지원하는 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원 및 과학기술정보통신부가 지원하는 한국연구재단(NRF)의 나노-소재기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.
2024.12.04
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2025년 한국과학기술한림원 신입 정회원에 우리 대학 교원 7인 선정
한국과학기술한림원은 지난 11월 29일 열린 '2024년도 제2회 정기총회'에서 2025년도 정회원 36명을 선출했다고 2일 밝혔다. 새로 선출된 정회원 중 우리 대학 구성원은▲이학부 이경진, 이용남, 최길주 ▲공학부 김범준, 신병하, 오일권 ▲의약학부 이정호 교수진이다.
올해 선출자 36명의 평균연령은 만 54.5세이며, 최연소 선출자는 만 46세의 양범정 회원(1978년생)이다. 여성 과학자는 김명희, 이해정, 성경림 회원 등 3명(8.3%)이 포함됐다.
한림원 과학기술분야에서 20년 이상 활동하며 독창적인 연구 성과를 내고 해당 분야의 발전에 현저히 공헌한 과학기술인들을 대상으로 3단계에 걸친 심사를 통해 정회원을 선출한다. 특히 최근 5년 이내의 업적을 포함한 대표논문 10편에 대해 연구업적의 독창성 및 수월성, 학문적 영향력과 기여도 등을 중점 평가한다.
2024.12.03
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미존(未存)에서 AI 판사는? 2024 큐데이 개최
“창의적인 문화와 환경 속에서 꿈이 큰 인재로 성장할 수 있도록 우리 학생들의 호기심을 격려하겠습니다. 또한 새로운 문제를 정의하고 해결하기 위한 연구를 적극 추진하겠습니다” (이광형 총장)
우리 대학이 오는 4일 오전 대전 본원 학술문화관(E9)에서 ‘2024 큐데이(Q-Day)’를 개최한다.
2022년을 첫 시작으로 올해로 3회를 맞은 ‘큐데이’는 신문화전략 ‘QAIST’에 적극적으로 동참한 구성원을 격려하고, 창의 정신 및 질문하는 캠퍼스 문화를 확산하고자 추진됐다.
Q(창의교육), A(연구), I(국제화), S(기술사업화), T(신뢰와 소통) 등 5개 분야에서 우수한 성과를 낸 43개 팀 총 84명이 특별 포상을 받고 그중 9개 팀이 특별강연한다.
특별강연에서 문술미래전략대학원 양재석‧김승겸 교수팀은 창의인재 교육 분야 포상자로 선정돼 ‘사례 기반 시뮬레이션과 미래 예측형 프로젝트를 통합한 하이브리드 교육방식’을 주제로 연단에 오른다.
이 팀은 이 세상에 존재하지 않는다는 뜻의 ‘미존(未存)’ 수업방식을 응용해 ‘사례 기반 시뮬레이션과 미래 예측형 프로젝트를 통합한 하이브리드 교육방식’을 공유한다. 또한, ‘AI 판사’, ‘기술과 윤리의 충돌’ 등의 주제에 대해 학생들이 스스로 질문하고 토론하도록 유도하여 창의력을 향상했던 사례를 제시할 예정이다.
산업디자인학과 재학생들로 이루어진 ‘옥시나이저 개발팀’도 창의인재 교육 분야 상을 받고 강연에서 ‘옥시나이저(Oxynizer)’ 개발 과정을 소개한다.
‘옥시나이저’는 자전거펌프를 활용해 환자에게 산소를 공급하는 무전력 산소발생기로, 개발도상국의 열악한 의료 환경을 개선하고자 개발됐다. 이 제품은 ‘제임스 다이슨 어워드 2024’ 세계 상위 20에도 선정된 바 있다.
수리과학과 김용정 교수는 160년 넘게 풀리지 않던 ‘불균일 확산 현상’의 물리적 원인을 규명해 연구 분야를 수상한다. 김 교수는 바이오및뇌공학과 최명철 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 불균일한 환경에서 발생하는 분류 현상을 설명하는 새로운 확산 법칙과 실험적 증명을 제시해 과학의 중요한 진전을 이뤄냈다.
이 외에도 뇌인지과학과 최민이 교수는 대만 포모사 그룹과의 국제 협력 MOU와 네트워크를 구축하고 해외 우수 학자 단기 교육 프로그램을 기획하여, 국제화 분야 공헌을 인정받아 이날 시상대에 오른다.
학생팀인 ‘KSOP영상팀’은 중‧고등학생들을 대상으로 정서 함양 및 융복합적 사고를 배양하는 멘토링 영상을 제작, 공유한 것을 높게 평가해 소통과 신뢰 분야를 수상한다.
이광형 총장은 “2021년 시작된 신문화전략 QAIST는 KAIST의 교육, 연구, 국제화, 기술사업화, 신뢰와 소통 등 다양한 분야에 스며들어 매년 새롭고 독특한 성과를 배출하고 있다”라고 말했다.
이어 이 총장은 “구성원들과 함께 다양한 성과들을 함께 공유하고 축하하게 되어 의미가 크다. 올해 큐데이 행사를 통해 QAIST 문화가 캠퍼스 내 더욱 확산되는 동시에 구성원의 창의성과 도전 의식, 잠재력을 두드리는 계기가 되길 바란다”라고 밝혔다.
2024.12.03
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KAIST 소프트웨어 산업발전 유공 ‘대통령 표창’ 수상 쾌거
“우리 대학은 전산학 전문지식이 부족한 개발자의 역량 개발부터 전문 고급 인력양성까지 다양한 교육 기회를 제공하며, 대한민국 AI 인재 100만 명 양성을 위한 원대한 목표 달성을 위해 앞장서 왔습니다. 대통령 표창이라는 쾌거를 이룬 데에 힘써주신 모든 구성원께 감사드립니다.” (이광형 총장)
우리 대학이 2일(월) 서울 양재 엘타워에서 열린 ‘2024년 소프트웨어 산업인의 날’ 기념식에서 소프트웨어 산업발전 유공 단체 부문에 선정되어 대통령 표창을 수상했다고 3일 밝혔다.
과학기술정보통신부가 주최하고 정보통신산업진흥원과 한국소프트웨어산업협회가 주관하는 ‘소프트웨어 산업인의 날’은 우리나라 소프트웨어 산업인의 위상을 고취하고 그 공로를 치하하고자 마련된 행사다.
매년 산업 활성화를 위한 정책 개발, 인력양성, 수출 증대 등에 공헌이 큰 유공자를 선발해 ‘소프트웨어 산업발전 유공 포상’을 수여하고 있다.
우리 대학은 소프트웨어 가치 확산과 우수 인력양성을 목표로 수요 기반의 산업현장 중심 교육, 비전공자 개발자와 융합 인재 양성 중심의 교육과정 개발에 공헌을 인정받았다.
구체적으로는 먼저 ‘SW 사관학교 정글’ 과정을 개설해 개발과 협업 능력을 겸비한 융합형 개발자를 육성했다. 이는 전산학 사전 지식이 없는 졸업생과 지식인을 대상으로 5개월간 집중 학습과 과제를 진행하는 비학위과정이다.
김재철AI대학원에서는 국내 최초로 인공지능 분야의 석·박사 프로그램 학위과정을 개설해 운영했다. 그리고 ‘머신러닝 엔지니어 부트캠프’를 기획해 딥러닝 기초부터 거대언어모델 등 최신 AI 기술에 대해 총 16주간 강의와 실습을 진행했다. 스타트업·창업 기업의 실무 역량을 강화하는 동시에 기업의 AI 기술 도입 문턱을 낮추고자 함이다.
또한, 2016년부터 소프트웨어 중심대학 사업 1, 2단계에 선정되어 참여했다. 이를 통해 신기술 기반의 교과과정과 학생들이 융합 교육을 직접 선택하는 자율형 시스템, 인턴십 확대 등을 추진한 점 역시 높게 평가받았다.
이날 시상식에서는 서민준 김재철AI대학원 교수도 소프트웨어 산업발전 유공으로 국무총리 표창을 받았다. 서 교수는 지난 4년간 AI 최상위 국제학회에 28편의 논문을 발표하며 AI 및 자연어처리 분야에서 선도적 연구 성과를 달성한 점을 인정받았다.
동시에 △지식 인코딩 △지식 접근 및 활용 △고차원 추론 수행 등 언어 모델 연구의 독창성 및 혁신성을 제고하고 국제 학술 커뮤니티에서 리더십을 발휘한 공로에도 주목했다.
이광형 총장은 “우리 대학은 앞으로도 지속적인 최신 교육과정 개발과 혁신적인 학위 제도 등을 통해, 글로벌 경쟁력을 갖춘 소프트웨어 인재 양성에 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.
2024.12.02
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물로 차세대 리튬금속전지 750% 수명 연장시켜
리튬금속은 기존 상용 배터리의 성능 한계를 극복할 수 있는 차세대 음극으로 주목받아 왔다. 하지만, 리튬금속 자체 문제로 배터리의 수명을 단축하고 화재 위험을 초래하는 문제를 보여왔다. KAIST 연구진이 물만을 사용해서 기존 리튬금속 음극보다 수명이 약 750% 향상시키는 세계 최고 수준의 연구에 성공했다.
우리 대학 신소재공학과 김일두 교수 연구진이 아주대 이지영 교수와 협력하여 친환경 공법으로 제조한 중공 나노섬유를 리튬금속보호막으로 사용해, 리튬의 성장을 안정화하고 차세대 ‘리튬금속전지’의 수명을 획기적으로 늘리는 데 성공했다고 2일 밝혔다.
리튬 금속 표면에 보호막을 적용해 리튬금속과 전해액간의 계면을 인공적으로 조성하는 기존의 보호막 기술은 인체에 유해한 공정과 원가가 높은 재료를 필요로 하며 리튬금속음극의 수명을 높이는 데 한계가 있어왔다.
김일두 교수 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 ‘리튬이온 성장을 물리적·화학적 방법으로 제어할 수 있는 중공 나노섬유 보호막’을 제시했다.
이 보호막은 식물에서 추출한 친환경 고분자인 구아검(Guar gum)*을 주재료로 해, 물 만을 사용한 친환경적인 전기방사 공법**으로 제조됐다.
*구아검: 구아검은 구아콩에서 얻어낸 천연 고분자 화합물로 다량의 단당류로 이루어진 구조를 가지고 있다. 단당류에 있는 산화관능기가 리튬이온과의 반응을 제어한다.
**전기방사 공법: 전기방사는 고분자 용액에 전기장을 가하여 약 수십 나노미터에서 수 마이크로미터 사이의 직경을 가지는 고분자 섬유를 연속생산하는 공정이다.
특히, 나노섬유 보호막을 적용해 전해액과 리튬 이온 간의 가역적인 화학 반응을 효과적으로 제어했다. 또한 섬유 내부의 빈 공간을 활용해서 리튬이온이 금속 표면에 무작위로 쌓이는 것을 억제함으로써 리튬금속 표면과 전해액 사이의 계면 안정화를 동시에 달성했다.
이 보호막을 적용한 리튬금속 음극은 연구 결과, 기존 리튬금속 음극보다 수명이 약 750% 향상됐으며, 300회의 반복적인 충·방전에도 약 93.3%의 용량을 안정적으로 유지하는 세계 최고 수준의 성능을 달성했다.
연구진은 자연에서 얻어진 이 보호막이 흙에서 약 한 달 내에 완전히 분해됨을 입증해, 보호막의 제조에서 폐기에 이르기까지 전 과정이 친환경적인 특성을 증명했다.
신소재공학과 김일두 교수는 “물리적·화학적 보호막 기능을 모두 활용했기 때문에 더욱 효과적으로 리튬금속과 전해액 간의 가역적인 반응을 유도하고 수지상 결정 성장을 억제해 획기적인 수명 특성을 가진 리튬금속음극을 개발할 수 있었다”고 밝혔다.
이어, “급증하는 배터리 수요로 인해 배터리 제조와 폐기로 인한 환경부하 문제가 심각하게 대두되고 있는 상황에서, 물만을 사용한 친환경적인 제조 방법과 자연 분해되는 특성은 차세대 친환경 배터리의 상용화에 큰 기여를 할 것이다”고 말했다.
이번 연구 결과는 KAIST 신소재공학과 졸업생 이지영 박사(現 아주대학교 화학공학과 교수), 송현섭 박사(現 삼성전자)가 공동 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 `어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 11월 21일 36권 47호에 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다. (논문명 : Overcoming Chemical and Mechanical Instabilities in Lithium Metal Anodes with Sustainable and Eco-Friendly Artificial SEI Layer)
한편 이번 연구는 KAIST-LG에너지솔루션 프론티어 리서치 랩 (Frontier Research Lab, FRL), 산업통상자원부의 알케미스트 사업과 과학기술정보통신부의 탑-티어 연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
2024.12.02
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