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ETRI, 전고체 이차전지용 전도성 음극 바인더 개발▲사진 제공 : ETRI 국내 연구진이 차세대 리튬이차전지로 알려진 전고체 이차전지용 전도성 바인더 소재를 개발하는 데 성공했다. 친환경적이면서 단순화된 제조공정을 통해 에너지밀도를 극대화할 수 있어 고성능 전고체 이차전지를 구현하는데 기여할 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 환경친화적인 소재인 셀룰로오스 기반의 새로운 전도성 바인더를 개발해 전고체(all-solid state) 이차전지 음극에 적용했다고 밝혔다. 기존 비전도성 바인더 대비 충방전 과전압은 약 30% 감소시켰으며 고율 충방전 성능은 약 40% 향상시켰다. 본 성과는 에너지 소재 분야의 세계적인 학술지인‘에너지 스토리지 머티리얼즈’ 최신호 온라인에 게재되어 우수성을 입증받았다. 차세대 이차전지로 각광받는 전고체 이차전지는 전지 내부에서 이온을 전달하는 전해질을 액체에서 고체로 바꿈으로써 안전성과 에너지 저장 밀도를 높인 전지 시스템이다. 배터리에서 음극은 양극에서 이동한 리튬이온의 저장소 역할을 한다. 특히, 음극재는 배터리의 충전속도와 수명 및 안정성을 결정하는 중요한 요소다. ETRI 연구진이 개발한 전도성 바인더는 음극에 적용되는 음극재의 일종이다. 바인더는 전극 구성에 있어서 상대적으로 적은 함량이지만, 활물질에 도포되어 전하전달이 용이하게 접착력을 부여해 전고체 배터리의 성능을 보장한다. 다만, 에너지전달 효율 및 성능을 높이기 위해 활물질 입자 간 계면 저항을 낮추는 이온 전도성 바인더의 적용이 요구되고 있다. 연구진은 상용화된 셀룰로오스계 소재를 이용, 대량생산에 최적화된 산처리 공정을 통해 고품질 이온 전도성 바인더를 개발했다. 연구진은 개발된 바인더를 흑연 음극 구성에 적용해 새로운 전극 구조를 만들었다. 연구진의 전극 구조는 제조공정 단순화 및 에너지밀도 극대화를 위해 전해질 성분이 완전히 배제되었으며 더 많은 활물질로 구성되어 있다. 즉, 활물질 간 계면 저항을 낮추는 역할이 더욱 중요하다. 연구진은 다양한 전기화학 평가 및 분석을 통해 기존 비전도성 바인더 대비 충방전 과전압 약 30% 감소 및 고율 충방전 성능 약 40% 증가 등 흑연 활물질 입자 계면에서 전도성 향상 효과를 확인했다. 과전압이 감소하면 배터리 내부 저항이 감소하는 만큼 안정적 구동 및 배터리 수명 연장을 기대할 수 있다. 또한, 고속 충전 시에도 에너지전달 효율을 유지해 충전 성능이 향상되는 효과가 있다. 지속 가능한 친환경 셀룰로오스계 소재를 활용한 것도 특징이다. ETRI 연구진이 이차전지의 고질적 문제인 안전성과 안정성 해결을 위한 단초를 마련함으로써 전기차, 로봇, 에너지 저장장치(ESS) 등 이차전지 활용성을 높이기 위한 연구는 점차 가속화될 전망이다. 본 연구의 아이디어를 제시하고 연구를 주도한 ETRI 신동옥 박사는“전도성 바인더 소재를 전고체 이차전지에 적용함으로써 입자간 리튬 이온 전달 효율성을 극대화시키는데 성공하였고, 전극내 전해질 성분을 배제함으로써 기존 전지 제조공정을 충분히 활용할 수 있어 고성능 전고체 이차전지의 상용화 가능성을 높힐 것으로 기대된다.”고 의의를 밝혔다. 본 연구의 총괄책임자인 ETRI 이영기 박사는“그동안 액체상 전해질로 인해 가려져 있었던 전도성 바인더의 성능을 최대한 활용할 수 있는 전지시스템을 찾은 결과라 할 수 있다. 특히, 소재·부품·장비 기술 자립화 사업간 개발된 소재로 차세대 리튬이차전지용 핵심소재 국산화에 기여할 것으로 예상되어 그 의미가 크다고 할 수 있다.”고 밝혔다. ETRI 연구진은 이번 연구를 통해 개발된 바인더 소재를 흑연 전극 적용에 초점을 맞췄지만 전고체 전지용 고에너지밀도 전극 구현을 위해 고용량 음극 소재로의 확대 연구를 진행할 예정이다. 본 연구는 ETRI 기본사업 “ICT 소재·부품·장비 자립 및 도전기술개발”의 지원으로 수행되었으며 ETRI 주관으로 텍사스대학교 댈러스캠퍼스(UT Dallas) 조경재 교수팀 및 DGIST 이용민 교수팀과 공동 연구로 진행됐다. 논문은 ETRI 신동옥 박사, 서울대 김형준 박사과정생 및 DGIST 정승원 박사과정생이 공동 1저자로 참여했다.
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국립전파연구원, 28㎓ 5G 안테나 고속측정시스템 세계 최초로 개발과학기술정보통신부(장관 임혜숙,이하‘과기정통부’)는 5G(28㎓)안테나의 성능을 고속으로 측정할 수 있는 시스템을 세계 최초로 개발하였다고 23일 밝혔다. 기존에는 5G안테나 측정에 대부분 소형 안테나 시험시설이 이용되고 있으나 이 경우 5G단말기 측정에 200시간 정도 소요되는 등 다양한 신제품의 시장 적기 출시에 많은 어려움이 있었다. 이러한 문제를 해결하고자 국립전파연구원은 3개년에 걸쳐 국내 대학과의 공동연구를 통해 측정 프로브와 수신기를 하나로 결합시킨 핵심부품인 모듈 개발에 성공하고, 이로써 측정 정확성과 측정 시간을 획기적으로 개선할 수 있는 시스템 구축을 완료(나주 및 이천)하였다. 개발 경과를 보면 2019년 1차년도에는 3.5㎓대역 측정 시스템(100분 내외 소요), 2020년 2차년도에는 3.5㎓/28㎓ 이중 주파수대역 측정 시스템(30분 내외 소요)개발로 측정 시간을 단축하였으며, 2021년 3차년도에는 앞서 개발한 핵심 부품 모듈을 원형 구조물에 고밀도로 배치하여 5G단말기 등에서 방사되는 전파를 360° 전방향에서 동시에 측정하는 방식으로 측정 시간을 12분 내외로 단축하는데 성공하였다. 본 연구 수행으로 특허출원 5건(국내4건,해외1건)과 국제표준화(아·태무선그룹(AWG)작업아이템 선정)를 추진하였다. 국립전파연구원은 앞으로 개발된 고속측정시스템 및 측정 기술이 국내·외 적합성 평가 시험기관과 5G 신기술 관련 제조업체에 널리 보급되어 신제품의 적합성 평가 시험에 활용될 수 있도록 국제표준화(3GPP)를 추진하고 있으며, 산·학·연이 참여하는 협의체를 구성하여 상용화를 지원하고, 테라헤르츠 대역(100㎓~10,000㎓)까지 본 핵심 기술을 확대 적용하여 기존의 5G측정 시설과 상호 보완하여 활용될 수 있도록 추가적인 연구를 수행할 계획이다. 국립전파연구원은 5G안테나 고속측정시스템의 성공적인 개발을 기념하여 오프닝 행사와 함께 국내·외 대학, 산업계, 계측기 제조사 등 전문가가 참석하는 ‘5G및 미래전파 측정 국제 워크숍’도 개최하였다. 과기정통부 조경식 제 2차관은 축사를 통해 “세계 최초로 5G 고속측정 시스템을 개발한 것은 전파측정 분야에서 중대한 진전이기도 하며, 동시에 우리 5G 산업 생태계 전반의 경쟁력을 한 단계 높이는 계기를 만들었다”고 평가하고, 워크숍에 참석한 산·학·연 전문가들에게 “곧 5G 세계 최초 상용화 이후 3년이 되는데 5G와 미래전파의 신기술 개발과 융합서비스 확산, 더 나아가 전체 ICT산업의 성장에 큰 역할을 해주실 것”을 요청하였다.
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ITU-T 표준화총회에서 역대 최대인 10석의 의장단 진출 쾌거과학기술정보통신부(장관 임혜숙,이하‘과기정통부’)는 3월 1일(화) ~ 3월 9일(수) 스위스 제네바에서 개최되었던 국제전기통신연합(이하‘ITU’) 세계전기통신표준화총회(World Telecommunication Standardization Assembly)에 참가하여 차기 회기 연구반 의장단에 역대 최대인 10석을 확보하여 정보통신분야 국제표준화 주도국 위상을 더욱 공고히 하였다고 밝혔다. 이번 총회에서는 ITU-T분야별 연구반의 차기 의장단 선출을 위해 37개국 149명의 후보자가 치열하게 경쟁을 하였으며, 우리나라는 의장 2석, 부의장 8석을 확보하여 정보통신분야 대표적인 국제표준화기구인 ITU-T에서 역대 가장 많은 의장단을 보유하게 되었다. 우리나라는 ITU-T 12개 연구반(자문반 포함)중 10개 연구반에서 의장단을 보유함으로써 세계 2위의 의장단 수임국을 공고히 하게 되었으며, 특히 디지털 전환 관련 핵심 기술을 담당하는 정보보호 연구반(SG17), 사물인터넷 및 스마트시티 연구반(SG20)등 두 개의 연구반에서 의장석을 확보함으로써 기술패권 경쟁 시대에 정보통신기술의 국제표준화를 주도할 수 있는 기반을 마련하였다. 또한 우리나라가 제안한 결의(안) 중 팬데믹 확산 방지를 위한 ITU-T의 역할 강화에 대한 신규 결의안은 ITU전권회의(2022.9월)에서 전체 ITU결의(안)으로 채택 여부를 논의하기로 하였고, 사이버보안 및 양성평등 관련 3건의 결의 개정(안)은 모두 채택되었다. 한편 과기정통부 조경식 제 2차관은 이번 총회를 계기로 한국의 ITU사무차장직 진출과 이사국 9선 연임을 위한 선거 활동도 펼쳤다. 우리나라는 올해 9월에 개최되는 ITU전권회의에서 이뤄지는 최고위직 선거에 이재섭現ITU-T사무국장이 사무차장에 입후보하였으며, 이사국 9선 연임에 도전할 예정이다. 조경식 제 2차관은 이번 총회에 참가한 ITU회원국의 수석대표들을 대상으로 한 공식 오찬행사 및 양자 면담 등을 통해 한국의 사무차장 및 이사국 진출에 대한 적극적인 지지를 요청하였다. 과기정통부 조경식 제 2차관은 “이번 총회에서 역대 최대인 10석의 의장단을 확보한 것은 우리나라 전문가들이 국제표준화기구에서 오랫동안 쌓아온 경험과 노력이 결실을 맺은 것이다”라며, “디지털 전환 시대의 기술패권 경쟁 시대에서는 정보통신기술의 국제표준 선점이 더욱 중요해지고 있어 국제표준 신진 전문가 양성, 국내·외 표준 개발 등 국제 표준 경쟁력 강화를 위한 지원을 확대해 나가겠다”라고 밝혔다.