헬로티 이동재 기자 | 리튬이온 배터리는 이미 소형 가전, IT 기기부터 전기차까지 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 현재는 더 빨리 충전되고 더 오래가며, 무게가 가볍고 높은 출력 밀도를 갖는 차세대 배터리의 수요가 급증하고 있다. 미래 에너지 소재는 향상된 특성 뿐만 아니라 친환경적인 요인도 함께 고려되어야 하므로, 이를 만족하는 이차전지 소재의 연구 및 개발이 요구되고 있다. 산화철은 지구에 풍부하게 존재하며, 독성이 적고 화학적으로도 매우 안정된 물질이기 때문에 리튬이온 배터리 소재로 다양한 연구가 진행돼왔다. 산화철을 비롯한 전이금속산화물은 충·방전에서 많은 개수의 리튬이온을 이용할 수 있어서 기존 흑연 소재보다 3배에서 4배 정도 큰 용량을 갖는 장점이 있다. 이러한 장점에도 불구하고 낮은 리튬 이동도, 큰 부피 변화, 낮은 초기 쿨롱 효율 등의 단점 때문에 실제 개발은 매우 제한적이다. 한국표준과학연구원(KRISS) 소재융합측정연구소 EM나노메트롤로지팀과 건국대학교 김연호 교수 연구팀은 리튬이온 배터리의 초기 쿨롱 효율과 용량을 획기적으로 향상한 산화철 나노구조체를 개발했다. 쿨롱 효율은 최근에 충전을 완료한 용량이 바로 그 전에 충전을 완료
헬로티 김진희 기자 | 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 정성균 교수 연구팀이 고온 작동 환경에서의 배터리 양극 소재 미세 구조 변화와 산소 발생 간 상관관계를 규명했다고 30일 밝혔다. 연구팀은 이를 통해 배터리 양극 소재 내 코발트 성분 함량을 높여 산소 발생을 줄이는 새로운 설계 원리를 제시했다. 코발트가 많을수록 산소 발생의 주요 원인이 되는 암염 구조로의 상전이를 늦출 수 있기 때문이다. 연구팀에 따르면 배터리 양극에서 나오는 산소는 배터리 발화와 폭발의 주요 원인이다. 산소와 유기계 배터리 전해질이 만날 경우 고온의 작동 환경과 맞물려 연소 반응이 일어날 수 있다. 이 때문에 안전한 배터리 개발을 위해서는 내부에서 산소가 어떻게 발생하고, 얼마나 발생하는지를 알아내는 것이 중요하다고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 배터리 온도를 높여가면서 내부 원자 배열 구조 변화와 산소 발생 현상을 실시간으로 분석했다. 중성자회절 분석 기법과 정확한 산소 발생량 분석을 위해 기체 질량 분석법을 썼다. 중성자회절 분석은 중성자 산란 길이가 원소마다 서로 달라 배터리를 구성하는 전이금속을 쉽게 구분할 수 있는 장점이 있으며, 결정 구조 내 리튬양을 정확히 측
헬로티 김진희 기자 | 건국대학교는 KU융합과학기술원 한혁수 교수팀(미래에너지공학과)과 한국생산기술연구원 김강민 수석 공동 연구팀이 바닷물을 직접 연료로 사용해 수소를 발생시킬 수 있는 핵심 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 공동 연구팀은 그린 수소 생산에 핵심적인 기술인 수전해(Water electrolysis)를 통해 수소를 생산할 수 있는 양극 촉매 소재를 개발했다. 수전해는 물 전기 분해라고도 불리며, 전기 에너지를 통해 물에 산화·환원 화학 반응을 유도해 수소와 산소 기체로 분해하는 기술이다. 현재 가장 상용화한 수전해 기술은 수산화칼륨(KOH)이나 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 전해질로 사용해 염기성 환경에서 물을 전기 분해하는 ‘알카라인 수전해’ 기술이다. 하지만 이 기술은 양극 반응에서의 높은 과전압 때문에 에너지 전환 효율 향상에 어려움이 있었다. 전압을 낮추기 위해 일반적으로 니켈 기반의 촉매 소재를 전극 표면에 코팅해 사용하지만 이러한 촉매 소재는 열화 현상으로 촉매 입자 탈착을 유발해 높은 과전압을 일으켰다. 연구팀이 개발한 촉매 소재는 모재 전극 표면에서 직접 니켈 기반의 촉매를 성장시켜 유기 바인더 사용 및 별도의 코팅 공정을 필요
헬로티 임근난 기자 | AI비전검사 전문기업 트윔이 2018년 첫 개발한 이래 짧은 시간 동안 다양한 산업군에 인공지능(AI)비전검사 장비를 구축했다. 기획 연재의 다섯 번째 성공사례로, 트윔이 진행했던 C사의 상품 포장과 라벨 검사를 위한 AI비전검사기 구축사례를 소개한다. 고객사 소개 C사는 1953년 국내 최초 설탕을 생산한 이래 지금까지 음식을 만드는데 필요한 조미료를 개발해 온 회사다. 현재는 오늘날 밥상을 더욱 편리하게 그러나 영양과 맛은 강화한 간편 요리 재료로 모든 이들에게 요리의 즐거움을 주고 있다. 이제는 K-Food로 한국의 맛을 세계화하는 데에 앞장서고 있다. 고객사의 공정 환경 소개 해당 공정은 올리고당 제품으로 제품 주입 후 캡실링 검사, 앞면 뒷면 라벨지 부착 검사 및 일부인 검사를 진행하고 있다. 또 동일 라인에서 다양한 단량과 제품을 생산하고 있었다. C사는 해당 공정에 AI VISION 검사를 적용하게 되었다. 고객사가 트윔을 선택하게 된 이유 해당 고객사의 경우 글로벌 VISION 제품으로 공정 내 검사시스템이 적용되어 있었다. 하지만 룰-베이스 검사만으로 적용되어 있어 과검 및 미검이 발생되고 있었다. 더군다나 다양한 제품
딱정벌레 표피 모방 색반사 필름을 이용한 컬러 태양전지 제안 대부분의 빛을 반사시켜 잿빛으로 보이는 딱정벌레 표피의 미세구조를 모방, 시커먼 태양전지에 알록달록 색을 입힌 고효율 컬러 유연 페로브스카이트 태양전지가 소개됐다. 한국연구재단은 경희대학교 최석원 교수, 울산과학기술원(UNIST) 송명훈 교수 연구팀이 딱정벌레 표피를 모방한 고효율 색반사 필름을 제작하고 이를 부착한 건물 일체형 컬러 페로브스카이트 태양전지를 제작했다고 밝혔다. 건물 외벽, 지붕, 창호 등에 적용될 수 있는 건물 일체형 태양전지는 건물의 특색과 도시의 미관 등 심미적 요인도 중요하기에 다채로운 색상의 태양전지 개발 연구가 이뤄져 왔다. 기존 컬러 태양전지는 태양광 흡수층의 흡수율을 제어해 효율이 낮아지거나 또는 복잡한 광학설계 및 공정방식으로 인해 대형화 및 비용절감에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 딱정벌레 표피의 미세 나선구조에 의해 나타나는 빛반사 현상을 모사한 색반사 필름을 개발했다. 단일층 액정 소재의 반사율은 이론적으로 최대 50%에 불과하지만 액정의 자가조립을 이용한 나선구조를 유도, 반사율 100%의 초반사 필름을 제작한 것이다. 딱정벌레 표면에서의 높은 반사율이 두 장
헬로티 서재창 기자 | 산업지식인은 실무자의 질문을 전문가가 자세하게 답변해주는 코너입니다. 산업지식인에는 MTV 웨비나에서 발표자와 질문자가 주고받았던 질의응답을 한 데 모아봤습니다. 적층제조 기술은 기존 제조 방식에 비해 다양한 이점을 제공합니다. 특히 3D시스템즈의 선택적 레이저 소결(SLS) 방식은 복잡한 부품이나 기능성 부품도 서포트 없이 설계가 가능하다는 이점이 있습니다. 3D시스템즈가 참여한 웨비나에서는 SLS 프린팅 기술의 소개를 비롯해 관련 소재와 애플리케이션, 협업 사례에 대한 내용을 다뤄봤습니다. Q & A Q : SLS가 생산성 향상 측면에서 강조하는 점은 어떤 것인가? A : SLS 프린터는 파우더 타입으로서 별도의 서포트 없이 생산이 가능하고, 여러 파트를 한 번에 제작할 수 있다는 장점이 있다. 고강도 엔지니어링 플라스틱을 소재로 하기에, 실제 산업 현장에서 사용하는 지그, 픽스처 제작 등으로 활용해 생산성을 향상할 수 있다. Q : SLA와 DLP의 기술적 차이는 무엇인가? A : SLA와 DLP 모두 레진을 사용한다는 것은 동일하지만, 해당 액상 레진을 어떠한 방식으로 경화하는지에 대한 차이다. SLA는 레이저를 사용하고
헬로티 서재창 기자 | 완전한 전기차 구현을 위한 변화가 지속되면서, 자동차 산업은 48V 시스템 기반의 마일드 하이브리드 전기차(MHEV) 아키텍처가 제공하는 잠재력을 적극적으로 수용하고 있다. 자동차 업계는 향후 5년 동안 도로 위의 마일드 하이브리드 전기차 수가 매년 30%씩 증가할 것으로 예상하며, 주요 자동차 제조사 중 다수는 이미 마일드 하이브리드 전기차를 판매하거나 가까운 미래에 출시를 앞두고 있다. 2025년 이후에는 마일드 하이브리드 전기차가 전체 차량의 약 10%를 차지할 것으로 전망된다. 그림 1과 같이 마일드 하이브리드 전기차는 전체 환경차의 일부 시장을 형성하고, 기존 12V 내연기관 자동차(ICE)와 배터리식 전기차(BEV) 사이의 간격을 채운다. 마일드 하이브리드 전기차와 같은 저전압 기술은 폭넓은 이점을 제공한다. 내연기관을 보완할 뿐 아니라 48V 버스를 추가해 전기 펌프와 같은 엔진 베이의 다양한 기능을 전장화할 수 있다. 48V는 저전압 시스템으로 분류되므로 배선 요구 사항이 줄어드는 이점이 있다. 이러한 이점과 더불어, 합리적인 비용으로 기존 ICE가 배출하는 오염물질을 줄여 관련 법률의 강화에 대응 가능한 점 또한 마일드
헬로티 서재창 기자 | 라인 전력으로 실행하는 많은 최신 스마트 사물인터넷(IoT) 디바이스는 예기치 않은 정전 시에 안전하게 전원을 차단하거나 마지막까지 통신해야 하는 경우 예비 전력이 필요하다. 예를 들어 전력계는 무선주파수(RF) 인터페이스를 통해 정전이 발생한 시각과 장소 및 지속시간에 대한 세부 정보를 공유한다. 최근에는 다음과 같은 장점을 고려해 협대역 IoT(NB-IoT)가 널리 보급되고 있다. - 기존의 2G, 3G 및 4G 대역 사용 - 미주, 유럽 및 아시아 국가에 있는 하나 이상의 통신사에서 지원 - 일반 패킷 무선 시스템(GPRS)과 비교하여 현저히 낮은 전력과 피크 전류 잘 설계된 예비 전력 체계는 적정량의 예비 전력을 제공하는 데 도움이 되며, 일반 작동과 예비 작동 간의 전환이 원활하고, 유지보수 없이 많은 정전 상황을 지원할 수 있다. 본 기고문에서는 TI의 TPS61094 벅/부스트 컨버터와 단일 슈퍼커패시터를 사용해 NB-IoT 및 RF 표준에 대한 예비 전력 체계를 구현하기 위한 간단한 방법을 제시한다. NB-IoT를 위한 예비 전력 표 1은 서로 다른 NB-IoT 작동 모드 중에 시간 경과에 따른 전류 소비를 나타낸다.
헬로티 서재창 기자 | 사물 인터넷(IoT)에서 통신은 필수며, 애플리케이션마다 통신에 대한 요구가 다를 수 있다. 인더스트리 4.0 공장에서 생산 라인 장비는 중앙 컨트롤러의 명령에 실시간으로 응답해야 하므로 네트워크 지연이 매우 짧아야 한다. 배터리로 구동되는 토양 상태 모니터링용 원격 센서는 대부분의 시간을 대기 모드에 있다가 짧은 데이터 패킷을 전송할 때만 구동하면 된다. 애플리케이션들은 셀룰러 네트워크, 무선 기술(와이파이, 블루투스 등), 유선 이더넷, 위성 등 다양한 방식의 커넥티비티를 사용할 수 있다. 어떠한 디바이스의 IoT 기술 스택에 있어 통신 프로토콜은 핵심적인 역할을 하며, 이는 선택한 전송 매체를 통해 IoT 디바이스 혹은 사물과 애플리케이션 사이에서 구조화된 데이터 교환을 가능하게 한다. 다양한 IoT 애플리케이션의 요구를 충족하기 위해 CoAP, XMPP, DDS 같은 다양한 프로토콜이 개발됐다. 이들 가운데, 계속 성장 중인 저전력 광대역(LPWA) 통신망용으로 가장 널리 채택되고 있는 것이 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)와 이의 파생 버전인 MQTT-SN(Sensor Network)이
헬로티 서재창 기자 | 요약 이 글에서는 설계에 전원 공급장치의 적정 허용오차를 선택하는 방법을 보여준다. 특히 LTpowerCAD 저항 분배기 툴박스를 이용해 소자 허용오차를 사용하고 출력 전압에서 대응하는 오차를 추정하는 방법을 설명한다. 설계자는 이러한 정보를 이용해 애플리케이션에 수용 가능한 허용오차를 적절하게 결정할 수 있다. 들어가며 전원 공급장치는 거의 모든 회로에서 볼 수 있다. 무선 트랜시버에서부터 마이크로프로세서, FPGA 및 증폭기에 이르기까지 전원 공급장치는 아날로그 또는 디지털 회로 어디에나 항상 있는 핵심 부품이다. 다른 소자들과 마찬가지로 전원 공급장치는 다양한 형태와 유형으로 제공된다. 선형 레귤레이터 또는 스위칭 모드 레귤레이터와 같은 서로 다른 아키텍처는 저마다의 장단점을 갖고 있어 특정 애플리케이션에서 하나의 아키텍처는 다른 아키텍처에 비해 더 적합하다. 이러한 모든 아키텍처에서 한 가지 공통분모는 출력이 외부 부품, 특히 피드백 저항의 조합에 의해 결정된다는 것이다. 시뮬레이션 툴을 활용하면, 전원 공급장치를 필요한 규격에 맞춰 설계하고, 이를 만족하는 소자 값을 찾는다. 시뮬레이션 결과가 만족스럽게 보여도 실제 설정에는
헬로티 김진희 기자 | 한국광기술원은 세계최고 수준(500W 이상)의 산업용 청색레이저(Blue, 450nm) 모듈 국산화에 성공했다고 밝혔다. 한국광기술원 레이저연구센터 한수욱 박사팀은 지난 해 4.5kW 광섬유연결레이저 국산화에 이어서, 최근 세계적으로 이슈가 되고 있는 산업용 고출력 청색레이저를 개발했다. 한 박사팀이 개발한 청색레이저는 세계최고 수준인 500W급 광섬유연결 450nm 광원모듈(크기: 높이 685mm, 19" Rack 15U사이즈, 레이저 냉각기 및 QBH용 냉각기 내부 포함)로, 세계 최초로 냉각장치 일체형 구조를 채택했다. 이번에 개발한 기술은 미국, 독일 등 레이저 강국에서만 보유한 산업용 고출력 레이저분야의 최신 기술로, 이차전지 및 전기차 생산분야의 E-Mobility에서 가장 각광을 받고 있는 레이저 기술이다. 그동안, 산업용 레이저는 적외선 및 녹색 파장의 레이저를 사용했으나, 낮은 에너지 흡수로 인해 알루미늄이나 구리, 황동 등 비철금속을 가공하는데 한계가 있었다. 이번에 개발한 청색 레이저는 높은 에너지 흡수 특성을 사용함으로써 경량화 금속에 대한 획기적인 가공 성능(기존 광섬유레이저 대비 9배 이상의 성능)을 확보하게
헬로티 김진희 기자 | DGIST 로봇공학전공 김회준 교수팀과 한국기계연구원 환경기계연구본부 김상복 박사팀이 공동연구를 통해 열가소성 플라스틱 폴리머(Poystyrene)을 활용한 초소형 미세먼지 센서를 개발했다. 새롭게 개발된 센서는 마이크로 히터를 통해 폴리머의 물성 조정을 통한 미세 먼지의 효율적인 포집을 가능할 뿐만 아니라, 고습도 환경에서도 안정적인 구동이 가능하다. 미세 입자 계측 분야는 대기오염, 반도체 공정, 에어로졸 연구 등 다양한 연구 분야에서 활용이 가능한 만큼 연구자들이 항상 많은 관심을 갖는 분야다. 하지만 기존에 사용되는 석영 공진 센서는 측정이 필요한 입자와 센서 간 완전한 접촉이 어려워 계측이 정확하지 않은 문제가 있어왔으며, 계측 장비가 습도의 영향으로 인한 센서 오류에 따른 신뢰성이 저하되는 등 다양한 문제점이 있어 왔다. 여기에, 관련 장비가 고가인 점 또한 다른 분야 응용에 있어 큰 제약이었다. DGIST 로봇공학전공 김회준 교수팀은 열가소성 플라스틱 소재인 폴리스티렌 물질을 활용해 입자와 센서 간의 접촉력을 향상시킨 새로운 센서를 개발했다. 폴리스티렌 물질은 가열 온도에 따라 표면 흡착력을 달리하여 입자 포집 및 센싱에
헬로티 김진희 기자 | 빛을 투과시켜 뇌 신경을 자극하면서 그에 대한 신경세포의 반응을 측정할 수 있는 전도성 고분자 기반 투명전극이 소개되었다. 기존의 불투명한 전극을 사용하게 되면 특정 위치로 정확한 세기를 가지는 빛 자극을 전달하는 것이 불가능하여 완전 투명한 전극이 필요하다. 한국연구재단은 연세대학교 유기준 교수 연구팀 등이 뇌 신경을 빛으로 자극하고 동시에 뇌에서 나오는 파형을 기록할 수 있는 생체 삽입형 투명전극을 저비용, 고효율로 제작할 수 있는 공정을 개발했다고 밝혔다. 기존에는 투명한 그래핀이나 ITO, 그물이나 다공성 구조의 금속(금)을 생체 삽입형 소자의 전극 소재로 활용하였지만, 고온 공정 및 추가적인 필름 위로의 전사 방식으로 인해 공정이 복잡했다. 이에 전극 소재로 구조적 다변성을 지녀 저온에서도 전기 전도성을 제어할 수 있고 스핀 코팅 공정이 가능해 제작이 쉬운 전도성 고분자(PEDOT:PSS)에 대한 관심이 이어졌다. 하지만 물에 취약해 패턴 공정에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 기존 패턴 공정 중 포토 공정 이후에 박막을 형성하는 리프트-오프 공정 기법을 도입하여 전도성 고분자의 특성을 고려한 단층 패턴 공정을 크게 단순화했다.
헬로티 김진희 기자 | 새로운 방식의 심자외선(DUV·deep-ultraviolet) 발광다이오드(LED)가 포항공과대학교(포스텍) 연구진에 의해 개발돼 앞으로 살균 등 의료·위생 분야에 응용이 기대된다. 23일 포스텍에 따르면 이 대학 신소재공학과 김종환 교수와 통합과정 송수범·윤상호 씨 연구팀이 그래핀(graphene)층 사이에 육방정 질화붕소(hBN)층이 낀 적층 구조를 기반으로 심자외선을 내는 LED 소자를 제작했다. 이 연구 내용을 담은 논문은 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 이달 8일 발표됐다. 심자외선은 파장이 200∼280나노미터(nm)인 자외선으로, 투과 능력이 비교적 낮아 인체 피부 등에 해로운 영향이 적으면서도 표면의 바이러스나 세균 등 병원체를 사멸시킬 수 있어 살균 등 의료·위생 용도로 널리 쓰인다. 지금까지 심자외선을 내는 장치로는 주로 수은 램프나 질화알루미늄 갈륨 소재 기반 LED가 쓰였으나, 전자는 환경오염 문제가 있었고 후자는 소재 특성상 발광 효율 등에 한계가 뚜렷했다는 것이 연구진의 설명이다. 김종환 교수는 "차세대 신소재로 주목받는 그래핀과 육방정 질화붕소를 이용해서 최초로 심자외선 LED를 구현했다는 점에서 의미가
KT가 20kbps 속도의 고속 양자암호통신을 독자 기술로 개발했다. 양자암호통신은 빛의 가장 작은 단위인 광자를 이용해 정보를 전달해 송신자와 수신자만이 해독할 수 있는 차세대 통신 기술이다. 이번에 KT가 개발한 고속 양자암호통신 기술은 동시에 4천개의 암호장비에 양자암호를 공급할 수 있는 20kbps를 구현한 것이 특징이다. KT는 고속 양자암호통신을 구현하기 위한 핵심 부품인 ‘고속 단일광자광원 생성 모듈’과 ‘고속 양자난수 연동 인터페이스’도 직접 개발했다. KT가 이번에 개발한 기술과 장비를 이용하면 국방·금융·공공 분야에 필요한 한국형 국가 보안 체계의 자체 구축, 양자암호 응용서비스 개발협업 강화 등이 가능해진다. 아울러 KT는 고속 양자암호통신 기술을 국내 중소기업들에 이전해 국내 산업 생태계 활성화에 앞장서고 고객들을 위한 다양한 응용서비스 개발에 활용한다는 계획이다. KT는 양자암호통신 서비스 안정화를 위한 자동 절체 및 원상 복구 기술 개발, 서비스 상용화를 위한 필수 사항인 서비스 품질 평가 기준 정립, 네트워크와 서비스의 안정적 운용 관리를 위한 양자암호 운용관리 기술 개발에 성공하며 양자암호통신 네트워크 서비스를 제공하기 위한 준비
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