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그래핀·탄소나노튜브 등 국내 핵심소재 기술, 국제표준화 추진산업통상자원부 국가기술표준원(원장 진종욱)에 따르면 4월 22일부터 26일까지 서울 코트야드메리어트 호텔에서 '나노전기전자 분야(IEC/TC 113) 기술위원회'를 온·오프라인으로 동시에 개최했다. 이날 기술위원회에 한국, 미국, 일본, 독일 등 7개국 표준 전문가 50여 명이 참석했다. IEC/TC 113 기술위원회는 한국이 강점을 가진 반도체, 디스플레이, 이차전지에 사용되는 나노소재 기술의 표준을 논의했다. 기술위원회는 한국 전문가가 2022년부터 의장을 맡고 있다. 특히 나노분야는 한국이 주력산업의 핵심소재로서 현재 논의 중인 58종의 표준 중 20여 종을 우리가 주도해 제안하는 등 활발하게 활동하고 있다. 또한 총회에서 한국은 전기차, 이차전지의 효율성을 증가하고 충전 시간을 단축할 수 있는 나노소재에 대한 국제표준안 4종을 신규로 제안했다. 그래핀, 탄소나노튜브는 강도가 높고 출력 특성이 우수하여 전기차 등의 효율성을 향상할 수 있으며, 배터리의 에너지 밀도를 높여 충전 시간을 단축할 수 있다. 이번에 제안한 표준은 나노소재의 전기적 특성 및 전자기파에 대한 차폐 성능을 평가하는 방법을 개발한 것으로 향후 반도체, 전기차, 이차전지의 안정성 및 효율 향상에 기여할 것으로 예상된다. 오광해 표준정책국장은 “이번 총회가 한국에서 개최됨에 따라 독일·미국 등 선도국들과 나노기술 분야의 표준협력을 강화하는 계기를 마련했으며, 나노소재는 향후 글로벌 시장에서 지속적인 수요 증대가 예상되는 산업으로 국제표준 협력을 강화하고 국제표준화 활동에 적극 참여하겠다”고 의지를 전했다.
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그래핀·탄소나노튜브 등 국내 핵심소재 기술, 국제표준화 추진산업통상자원부 국가기술표준원(원장 진종욱)에 따르면 4월 22일부터 26일까지 5일간 서울 코트야드메리어트 호텔에서 나노전기전자 분야(IEC/TC 113) 기술위원회를 온·오프라인으로 동시 개최했다. 기술위원회에 한국, 미국, 일본, 독일 등 7개국 표준 전문가 50여 명이 참석했다. 위원회는 한국이 강점을 가진 반도체, 디스플레이, 이차전지에 사용되는 나노소재 기술의 표준을 논의했다. 2022년부터 한국 전문가가 의장을 맡고 있으며 특히 나노분야는 우리나라 주력산업의 핵심소재로서 현재 논의 중인 58종의 표준 중 20여 종을 우리가 주도해 제안하는 등 활발하게 활동하고 있다. 이번 총회에서 우리나라는 전기차, 이차전지의 효율성을 증가하고 충전 시간을 단축할 수 있는 나노소재에 대한 국제표준안 4종을 신규로 제안했다. 그래핀, 탄소나노튜브는 강도가 높고 출력 특성이 우수하여 전기차 등의 효율성을 향상할 수 있으며 배터리의 에너지 밀도를 높여 충전 시간을 단축할 수 있다. 금번에 제안한 표준은 나노소재의 전기적 특성 및 전자기파에 대한 차폐 성능을 평가하는 방법을 개발한 것으로 향후 반도체, 전기차, 이차전지의 안정성 및 효율 향상에 기여할 것으로 예상된다. 오광해 표준정책국장은 “이번 총회가 한국에서 개최됨에 따라 독일·미국 등 선도국들과 나노기술 분야의 표준협력을 강화하는 계기를 마련했다."며 "나노소재는 향후 글로벌 시장에서 지속적인 수요 증대가 예상되는 산업으로 국제표준 협력을 강화하고 국제표준화 활동에 적극 참여하겠다”고 의지를 전했다.
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ETRI, AI로 98% 정확도 피부부착 센서 개발국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있는 피부부착형 스트레인 센서를 개발했다. 새로운 센서 구조에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용, 정확도와 신뢰성을 획기적으로 높여 향후 재활, 헬스케어, 로봇의 전자피부에 널리 활용될 전망이다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대 연구팀과 함께 360도 전 방향에 걸쳐 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다고 밝혔다. 본 성과는 세계적 학술지‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 1월 5일자로 온라인에 게재되었다. 기존 피부부착 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등 전도성 나노소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만든 뒤, 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다. 하지만, 이러한 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성을 정확히 측정할 수 없다는 한계가 있었다. ETRI-중앙대 연구진은 세계 최초로 늘어나는 크기와 방향을 동시에 잴 수 있는 스트레인 센서를 제작했다. 또한, 인공신경망 구조를 이용한 AI 알고리즘을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공했다. 본 기술은 사람의 피부에 부착, 인체의 움직임을 측정할 수 있을 뿐 아니라 재활, 헬스케어, 로봇 등에 활용이 가능할 것으로 보인다. 본 기술의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조다. 연구진은 일자 형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 360도로 늘어나는 방향에 따라 주기적인 저항 증감 특성을 나타내는 새로운 구조를 구현해 특허출원을 마쳤다. 또한, 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치하여 이들 신호의 조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아낼 수 있다. 아울러, 다양한 센서 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습, 분석해 30% 신축 범위에서 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있었다. 기존에는 다양한 감각을 인지하기 위해 다량의 개별센서가 필요해 신호 해석 시간에 따른 지연 현상을 벗어나기 어려웠다. 본 연구에서는 단일 교차반응 센서에서 얻어진 복합신호에 인지학습을 통한 AI 알고리즘을 적용, 다양한 감각 특성을 동시에 추출하는 방식을 보였다. 본 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해한 소재로 피부부착 및 인체 각 부위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있다. 또한, 인쇄공정을 통해 제작이 간편하다. 제작 단가가 낮고 제작 시간도 짧으며 일반적으로 많이 쓰이는 저가의 소재를 사용하므로 일회용 센서로도 활용 가능하다. ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 책임연구원은“연구진이 개발한 고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있어 재활치료 및 헬스케어, 로봇, 의족/의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것이다”고 말했다. 중앙대 박성규 교수도 “개발된 기술은 인공지능 알고리즘을 이용하여 단순한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 인공지능 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다”고 밝혔다. 연구진은 3년 내 상용화를 목표로 향후 본 기술을 다양한 동작 하에서 근육 및 관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적용할 계획이라고 전했다. 본 연구는 과학기술정보통신부“스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵심 기술 개발” 과제와 “상시 근골격 모니터링 및 재활을 위한 무자각 온스킨 센서 디바이스 기술”과제로 수행되었다. 본 연구는 ETRI와 중앙대가 연구 책임을 맡아 성균관대학교 및 미국의 코네티컷 주립대와 공동으로 진행했다. 논문의 제 1저자는 ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 박사와 중앙대 반도체디스플레이연구실 이준호 박사과정생이다.
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KERI, 차세대 리튬황배터리 상용화 앞당겨한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀(KERI 박준우 박사· 홍정원 연구원, 부경대 백강준 교수)의 ‘저비용 플렉시블 고에너지밀도 리튬황배터리’ 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지에 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다. 리튬황배터리(Lithium-sulfur Battery)는 니켈이나 코발트같이 비싼 희토류를 양극재로 사용하는 기존 리튬이온배터리와 달리, 자원이 풍부한 황(S)을 양극재로 사용하여 전지의 제조단가를 크게 낮출 수 있다. 또한 리튬황배터리는 이론적으로 리튬이온배터리보다 에너지 밀도가 무려 5배나 높아 차세대 배터리 대표주자로 손꼽히고 있다. 하지만 리튬황배터리에도 넘어야 할 과제가 있다. 충·방전 과정에서 리튬과 황이 만날 경우 황화리튬, 일명 ‘리튬 폴리설파이드(Lithium Polysulfides)’가 되는데, 중간 생성물인 이 리튬폴리설파이드는 전해액에 대한 높은 용해도로 인해 ‘용출 현상(polysulfide shuttle)’이 나타나 충·방전이 거듭될수록 양극 활물질이 손실되는 문제가 있다. 황이 지속적으로 전해질에 녹아, 결국에는 황의 양이 감소하는 것이다. 이는 수명과 안전성 저하와 직결되어 리튬황배터리의 상용화를 막는 가장 큰 난제 중 하나였다. 이에 KERI가 활용한 물질은 활성탄과 인(P)이다. 숯처럼 작은 기공(氣孔)을 가진 활성탄은 흡착성이 강해 각종 필터나 탈색제로 사용되는데, 연구팀은 이러한 활성탄을 배터리 내부의 분리막 코팅 소재로 이용하여 충·방전 시 발생하는 리튬 폴리설파이드를 물리적으로 잡아냈다(capturing). 뿐만 아니라 흡착력이 높은 인(P)을 탄소재에 도핑하여 화학적인 캡쳐링도 유도하는 등 이러한 물리적·화학적 이중 캡쳐링을 통해 리튬 폴리설파이드에 따른 리튬황배터리의 성능 저하를 막을 수 있었다. 또한, 연구팀은 리튬황배터리의 플렉시블(flexible) 기능을 강화해 활용도를 높이는 데도 성공했다. 황 양극(+)에 전기 전도성이 높으면서도 강도가 세고 유연한 탄소나노튜브(CNT) 소재를 사용하여 무게 비중을 많이 차지하는 집전체를 제거(에너지 밀도 향상)하고, 굽히거나 휘어질 수 있는 내구성까지 확보했다. 이러한 과정들을 기반으로 KERI가 개발한 리튬황배터리의 에너지 밀도는 400Wh/kg으로, 세계최고 수준을 자랑한다. 이렇게 기존 리튬황배터리가 가진 경량·저비용 장점에, KERI가 확보한 높은 에너지 밀도 및 성능 안정성(수명성), 플렉시블(내구성) 강점까지 결합되어 리튬황배터리의 상용화까지 기대할 수 있게 됐다. 특히 가볍고 장시간 운행이 필요한 항공우주, 플라잉카, 드론 등 미래형 항공 모빌리티의 배터리 분야에 크게 활용될 것으로 보고 있다. 연구 개발자인 KERI 박준우 박사는 “리튬황배터리는 값싸고 풍부한 황과 탄소재를 사용하기 때문에 우리나라같이 희토류가 부족한 국가에 꼭 필요한 기술”이라고 밝히며 “이번 성과를 기존에 연구원이 개발해 보유하고 있던 ‘고체 전해질 저가 대량 합성 기술’과 융합하여 차세대 리튬황전고체배터리 원천기술까지 확보할 수 있도록 노력하겠다”라고 전했다. 이번 연구결과는 우수성을 인정받아 독일 와일리(Wiley) 출판사의 재료분야 세계적 학술지인 ‘스몰(Small, JCR 상위 8.33%, IF=13.281)’의 표지논문으로 선정됐다. 이번 연구는 KERI 주요사업 및 부경대학교 기초연구실사업의 지원으로 진행됐다.