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ET 분야 Vol.17

기업 수요기술 조사

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첨부된 수요조사서 작성 후 이메일 전송: mijung@inu.ac.kr (담당자: 이미정)
수요기술 조사

이달의 우수 특허 안내

요약

기본 정보

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특허명: CFRP 보강재의 커넥터 및 연결방법
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2022-0113455
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등록번호: 10-2727307

상세 정보

배경 기술

기존 철근콘크리트 구조물의 문제점

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기존 철근콘크리트 구조물은 경제적이고 내구성이 우수하지만, 철근의 부식으로 인해 장기적인 내구성에 문제가 발생함. 특히 염소이온과 이산화탄소의 침투는 철근 부식을 가속화시켜 구조물의 안정성을 저하시킴.
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철근 부식은 콘크리트에 균열과 박리를 일으키며, 이로 인해 철근이 쉽게 노출되어 구조물의 안전성과 내구성을 저하시킬 수 있음. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 대안적인 보강재 사용이 필요함.
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구조물의 안전성과 내구성을 향상시키기 위한 대체 보강재로 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)이 주목받고 있음. CFRP는 철근 대비 우수한 강도와 내구성을 제공하며, 부식 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 잠재력을 가짐.

CFRP 보강재의 장점 및 현재의 과제

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CFRP 보강재는 철근보다 가볍고 강하며, 부식에 강한 특성이 있어 장기적인 구조물 안정성을 제공함. 하지만 기존 CFRP 보강재의 연결 기술은 여전히 복잡하여 실용성을 높일 필요가 있음.
CFRP 보강재의 커넥터 및 연결방법
요약

기본 정보

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특허명: 개질화된 UiO66-MOF와 Pebax 고분자를 이용한 이산화탄소 분리용 혼합 고분자 분리막 및 이의 제조방법
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발명자: 김태현 교수
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출원번호: 10-2021-0186356
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등록번호: 10-2581390

상세 정보

배경 기술

배경 설명

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이산화탄소 분리 기술의 필요성은 온실가스 증가로 인한 기후 변화 문제에서 비롯됨. 높은 수준의 이산화탄소는 지구 온난화 및 환경 오염을 심화시키고 있음.
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멤브레인 분리 기술은 연료 연소로 발생하는 이산화탄소를 효율적으로 분리하며, 에너지 소모가 적고 조작이 간편하여 친환경적임.
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혼합 매트릭스 막(MMMs)은 중합체와 무기 필러의 결합을 통해 기체 분리 성능을 극대화하며, 기존 멤브레인의 투과도와 선택도 간의 트레이드오프를 극복함.

기존 기술의 문제점

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현재의 기체 분리 기술은 투과도와 선택도가 제한적이며, 대규모 적용 시 효율이 떨어지는 문제가 있음. 이는 기체의 선택적 분리에 제한을 줌.
개질화된 UiO66-MOF와 Pebax 고분자를 이용한 이산화탄소 분리용 혼합 고분자 분리막 및 이의 제조방법
요약

기본 정보

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특허명: 구조물 건전성 경보 시스템 및 이를 이용한 경보 방법
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2021-0102045
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등록번호: 10-2600548

상세 정보

배경 기술

배경 설명

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구조물은 시간이 흐르면서 노후화될 수 있으며, 다양한 외부 요인으로 인해 손상이 발생할 수 있음. 교량, 댐 등의 대형 구조물은 운영 하중, 충격, 지진 등에 지속적으로 노출되며 안전성이 매우 중요함.
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구조물의 노화는 예상 사용 기간보다 수명을 단축시킬 수 있으며, 이는 큰 경제적 손실을 초래할 수 있음. 따라서 구조물의 장기적인 안전성을 확보하는 것이 중요함.
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구조 건전성 모니터링 시스템은 구조의 이상 징후를 조기에 발견하고 대처할 수 있는 비파괴 검사 방법을 제공함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있음.

기존 기술의 문제점

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기존의 센서 기반 구조물 건전성 모니터링 시스템은 많은 센서 설치 및 유지보수 비용이 소요됨. 대형 구조물에서는 이러한 부담이 더욱 커지며, 관리 및 운영에 어려움이 발생함.
구조물 건전성 경보 시스템 및 이를 이용한 경보 방법
요약

기본 정보

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특허명: 상변화물질을 구비한 창호 및 상변화물질 주입방법
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2021-0108549
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등록번호: 10-2672959

상세 정보

배경 기술

배경 설명

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상변화물질(PCM)은 액체 상태에서 고체 상태로 변화하면서 열을 방출하고, 다시 고체 상태에서 액체 상태로 변하면서 열을 흡수하는 성질을 가짐. 이러한 특성은 에너지 소비를 줄이고 실내 온도를 일정하게 유지하는 데 기여함.
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전 세계적으로 지속 가능한 에너지 소비에 대한 관심 증가와 함께, 건축물의 에너지 효율을 높이기 위한 기술 개발이 활발히 이루어짐. 그중 PCM을 건축 자재로 응용하는 방법이 주목받고 있음.
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PCM 창호 기술은 기존 단열재를 대체하여 열 손실을 줄이고, 열 교환을 효율적으로 조절함으로써 난방 및 냉방 에너지를 절약할 수 있는 방법을 제공함.

기존 기술의 문제점

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기존의 알루미늄 창호는 가격이 저렴하지만 높은 열전도율로 인해 단열 성능이 낮은 문제가 있음. 그러나 PCM을 활용하여 이 문제를 해결할 수 있는 기술적 개선이 필요한 상황임.
상변화물질을 구비한 창호 및 상변화물질 주입방법
기술이전 담당자 : 이미정 계장 연락처 : mijung@inu.ac.kr 전화번호 : 032-835-9766

이달의 우수기술 홍보동영상 소개

이달의 우수연구실 홍보동영상 소개

INU 연구자 및 연구실 소개

이달의 주목할 소액특허

발명 명칭
가격
저지특성이 우수한 초광대역 차단 대역을 가지는 듀얼리티(Duality) CRLH형 메타재질구조 서브 파장 초광대역 저지 여파기
Open
330만 원
상추 씨앗의 뿌리 생장 길이 또는 뿌리 길이 생장률을 이용한 수질 독성 평가 방법
Open
330만 원
좀개구리밥의 생장 면적 변화율 또는 형광 특성을 이용한 수질 독성 평가 방법
Open
330만 원
트롬빈 표지를 포함하는 표적 물질 검출용 키트
Open
330만 원
원형 버섯 링과 용량성 결합한 원형 마이크로스트립 패치 구조의 2차 메타 재질 구조 CRLH 0차 공진 안테나 및 직각형 버섯 링과 용량성 결합한 직각형 마이크로스트립 패치 구조의 2차원 메타 재질 구조 CRLH 0차 공진 안테나
Open
330만 원
0차 공진기 요소간의 3극 교차결합형 전달 영점에 의한 우수한 주파수 선택도를 가지는 3차, 5차, 9차 첨소형 대역통과 여파기
Open
330만 원
링 머쉬룸과 용량성 결합한 마이크로스트립 패치구조 CRLH 0차 공진 안테나의 광대역화 및 이득 향상방법
Open
330만 원
요소를 이용한 액상법에 의한 YAG계 형광체 입자 크기 조절 및 그 제조방법
Open
330만 원
위상 경로차 유도용 다중 링 구조의 초광대역 소형 대역 통과 여파기
Open
330만 원
개인용 음향기기에 연결된 이어폰으로 출력되는 소음량 모니터링 방법
Open
330만 원
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기술이전 담당자 : 이미정 계장 연락처 : mijung@inu.ac.kr 전화번호 : 032-835-9766

이달의 우수 자회사 소개

인사말

안녕하세요? 인천대학교기술지주회사㈜ 자회사 펫테크 대표이사 이다슬입니다. 저희 애견산업을 영위하는 모기업 펫토피아는 작년 인천대학교 산학협력단 및 인천강소특구사업단과의 협력을 통해 연구소기업인 ㈜펫테크를 설립하였습니다. 특히, 인천대학교 산학협력단의 기술이전 사업화 지원을 받아 인천대학교의 우수 기술을 이전 및 시제품 제작지원을 통해 사업화를 준비 중입니다. (주) 펫테크는 인천대학교기술지주회사(주) 자회사 설립을 통해서 애견장례문화 시장을 선도하는 기업으로 성장하겠습니다.

창업배경

사촌언니의 반려견이 세상을 떠나면서, 반려동물 장례식장의 존재를 처음 알게 되었습니다. 이 경험은 전통적인 고정식 장례식장을 넘어서, 일본에서 이미 성행하고 있는 이동식 장례차량의 개념에 착안하여 2017년 3월, 국내 최초로 반려동물 이동식 장례 서비스를 시작하게 된 계기가 되었습니다. 일본의 사례를 벤치마킹하여, 이동식 화장차량 시장에 대한 깊은 연구와 준비 끝에 이 서비스를 한국 시장에 선보이기로 결심했습니다.

인천대학교 기술지주(주)와의 협력

이동식 화장차량 개발에 있어서, 국내 법규와 규제의 부재로 인한 어려움을 겪었습니다. 이를 극복하기 위해, 관련 법규 준수 및 특허 취득에 집중하며, 2023년 규제 샌드박스 신청을 통해 화장로에 대한 기술개발을 본격화하였습니다. 이 과정에서 인천대학교 기술지주(주)의 지원을 받아, 연구소 기업 설립과 함께 기술 개발을 가속화 할 수 있었습니다.

주요 제품/서비스

회사의 주력 제품은 반려동물 이동식 화장로 및 화장차량입니다. 도심 외각에 위치한 기존 반려동물 장례식장의 접근성 문제를 해결하고, 보다 많은 고객에게 서비스를 제공할 수 있는 차별점을 가지고 있습니다. 자체제작 제품의 내구성 검증을 통해, 국내 시장에서 유일한 데이터를 제공합니다.

인천대학교 산학협력단의 지원

인천대학교 산학협력단과 협력을 통해 인천대학교가 보유한 우수 기술을 이전받았으며, 시제품 제작지원을 통해 제품 개발과 시장 테스트 단계에 큰 도움을 받았습니다.

단기 및 장기 목표

단기적으로는 반려동물 이동식화장로의 인증 및 기술개발을 더욱 고도화하는 것을 목표로 하고 있으며, 장기적으로는 해외 수출을 목표로 하고 있습니다. 또한, 국가재난사태 시 환경오염 및 2차 감염 저감을 위한 대형 트레일러 화장차량 개발에도 힘쓰고 있습니다.
(주)펫테크

이달의 기술사업화 뉴스

친환경바이오플라스틱센터 생분해플라스틱 바이오가스화 실증 사업 관련 사진
인천대학교 친환경플라스틱센터는 생분해성 바이오플라스틱을 모아 바이오가스화 기술로 에너지 자원화 가능성을 검증하기 위해 환경부 순환경제 규제샌드박스에 선정된 「생분해플라스틱 바이오가스화 실증사업」을 추진하고 있다. 이 사업에는 인천광역시, 인천대학교를 비롯해 국내외 대기업·중소기업 30여 곳이 참여하며, 커피숍, 식당, 축제 등에서 사용된 생분해성 플라스틱을 별도 수거·선별해 유기성 폐자원과 함께 바이오가스화하는 과정을 과학적으로 검증한다. 이를 통해 생분해성 바이오플라스틱이 음식물쓰레기 등과 함께 처리되어 자원화될 수 있음을 입증하고, 관련 규제를 개선해 친환경 바이오플라스틱의 확산 및 탄소중립 2050 목표 달성에 기여할 전망이다.
인천대학교(박종태 총장) 친환경플라스틱센터는 생분해성 바이오플라스틱 순환 가능성에 대한 과학검증을 위한 「생분해플라스틱 바이오가스화 실증사업」이 환경부 순환경제 규제샌드박스에 선정되었다고 밝혔다.
이번 실증은 한국바이오플라스틱협회(협회장 진인주), 새한환경기술(대표이사 이광준)과 공동으로 진행하며 인천대학교 내 위치한 커피숍, 식당, 대학 축제, 전시회 및 수도권 내 커피숍 등에 생분해성 플라스틱 제품을 제공하여 사용토록 하고 이를 회수 선별하여 유기성 자원으로 통합바이오가스화 적용을 목표로 CJ제일제당, LG화학, SK Leavo, 동성케미컬, CJ HDC 비오솔 등 국내외 대기업 및 중소기업 30여 곳이 참여할 예정이다.
생분해성 바이오플라스틱의 중요성
생분해성 바이오플라스틱은 플라스틱 대체물질로서, 플라스틱으로 인한 기후변화 대응을 위해 그 중요성이 확산되고 있으며, 유엔환경계획(UNEP) 주도로 추진 중인 유엔 플라스틱 협약에서도 생분해성 플라스틱의 안전성과 지속가능성에 대한 과학적 검증이 꾸준히 요구되고 있다.
생분해성 바이오플라스틱은 빠르게 분해되는 특징으로, 전처리 과정을 거쳐 기존 유기성 폐자원과의 통합 바이오가스화를 통해 에너지자원화가 가능하나, 현재 국내에서의 사용이 만료된 생분해성 플라스틱 제품의 수거 및 분류체계가 마련되지 않아 이 부분에 대한 법적 규제가 부재한 상황이다. 또한 대한민국 정부는 2023년 12월 ‘유기성 폐자원을 활용한 바이오가스의 생산 및 이용 촉진법(약칭 바이오가스법, 제정 ’22.12.30, 시행 ’23.12.31)’의 시행으로 국내 바이오가스 산업 활성화를 위한 법적 기반이 마련되었고, 생분해성 플라스틱이 바이오가스화를 위한 훌륭한 ‘자원’임에도 불구하고, 규제로 인해 ‘유기성 폐자원’으로 활용하지 못하고 있는 실정이다.
실증사업의 목표와 계획
스위스, 이탈리아, 스페인 등 유럽 국가에서는 생분해성 플라스틱을 음식물쓰레기와 함께 배출하고 바이오가스화 및 퇴비화를 통해 순환 에너지화에 다양한 노력을 기울이고 있으나, 국내의 경우 생분해성 플라스틱 폐기물의 별도 수거 코드 및 수거 체계가 없어 일반 종량제 봉투로 버려져 소각 또는 매립되어 순환 자원화에 활용하지 못하는 실정이다.
이에 따라 인천대학교는 수도권 소재 커피숍 및 교내 카페, 식당, 편의점, 학내축제, 전시회, 컨퍼런스에서 사용이 만료된 생분해성 플라스틱의 분리수거 체계를 마련하고, 수거된 생분해성 플라스틱 폐기물을 분류 선별하여 바이오가스화의 ‘안정성 및 유기성 폐자원으로써의 가능성’을 과학적으로 검증할 예정이다.
특히 이번 실증에서는 인천대학교가 산업통상자원부 KIAT한국산업기술진흥원 ‘플라스틱 대체물질 소재부품장비산업 지원센터 구축사업’ 지원을 통해 구축한 「생분해성 플라스틱 혐기소화 바이오가스화 실증시설」을 활용한 1단계 예비실증(안정성과 조건을 확립)과 함께 인천광역시 인천환경공단 바이오가스화 실증시설을 이용한 2단계 본실증「생분해성 플라스틱의 유기성 자원화 가능성 검증」의 2개 단계로 진행된다.
환경부 순환경제 규제샌드박스
순환경제 규제샌드박스는 한정된 구역에서 새로운 기술과 서비스, 제품 등을 대상으로 규제특례 또는 임시허가를 통해 일정 기간 기존 규제를 면제·유예시켜주는 제도다. 실증결과 안정적이고 환경적으로 문제가 없다면 관련 규제를 개선하거나 보완을 목표로 하여, 생분해성 플라스틱 순환경제 자원화의 안전성과 지속가능성에 대한 과학적 검증이 성공적으로 완료되면, 관련 규제 개선을 통해 생분해성 바이오플라스틱 관련 제품의 확산에 크게 기여할 것으로 예상된다. 이는 국내를 벗어나, 유엔 플라스틱 협약에서 제시된 과학적 검증 데이터로 중요하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
미래를 위한 한 걸음
인천대 친환경플라스틱센터, 「생분해플라스틱 바이오가스화 실증사업」 환경부 순환경제 규제 샌드박스에 선정
좌측부터) 이원종 교수, 이정현, 강수진 학생
인천대학교 이원종 교수 연구팀은 시금치에서 분리한 식물 유래 엑소좀을 고지방 식단을 섭취한 비만 유도 마우스에 투여한 결과, 체중 증가와 지방 조직이 유의미하게 감소하고 주요 장기에 독성을 유발하지 않는 효과를 확인해 차세대 비만 치료제로서의 가능성을 제시했다. 식물에서 추출한 엑소좀은 생체적합성과 낮은 면역반응 특성을 가지며, 이번 연구 성과는 부작용이 적으면서도 효율적인 바이오소재 기반 비만 치료제 개발의 초석을 마련했다는 점에서 주목할 만하다. 이 연구는 한국연구재단 중견연구 지원사업과 인천대학교 연구 지원 사업의 일환으로 수행되었으며, 국제 학술지 <ADVANCED THERAPEUTICS> 표지 논문으로 선정되어 발표되었다.
식물에서 추출한 엑소좀이 비만 치료제로 활용될 가능성을 보여주는 연구 결과가 발표되었다.
전 세계적으로 비만 환자가 지속적으로 증가함에 따라, 높은 효율과 낮은 부작용을 가진 비만 치료제 개발에 대한 관심이 커지고 있다.
최근 글루카곤 유사 펩타이드 수용체 작용제를 기반으로 한 체중 감량 치료제가 출시되었으며, 국내 제약사들도 활발히 연구를 진행 중이다.
그러나 기존 약물의 부작용을 보완하고 식욕 억제 중심의 방식에서 벗어나 보다 효과적으로 체중 감량에 의한 항비만 효과를 제공할 새로운 바이오소재 기반 치료제 개발이 절실하다. 이번 인천대학교의 연구팀에서는 식물 유래 엑소좀의 비만 치료 효과를 규명하였으며, 이를 통해 차세대 비만 치료제로의 새로운 가능성을 제시했다는 의미가 있다.
엑소좀은 생체 활성 물질을 함유한 나노 크기의 지질막 소포체로, 생체적합성과 낮은 면역반응 특성을 갖고 있어 차세대 치료제로 주목받고 있다. 특히, 이번 연구에서는 시금치에서 정제한 식물 유래 엑소좀을 활용하여 비만 치료 효과를 확인하였다.
고지방 식단을 섭취한 비만 유도 마우스 모델에 시금치 유래 엑소좀을 경구 투여한 결과, 지방 조직 무게와 체중 증가가 유의미하게 감소하는 효과를 확인하였다. 더불어, 주요 장기에 독성을 유발하지 않는 것으로 나타났다. 이는 시금치 유래 엑소좀의 안전성과 치료제 가능성을 동시에 입증하는 중요한 발견이다.
연구를 이끈 이원종 교수(생명공학부)는 “이번 연구는 일상적으로 섭취하는 식물에서 분리한 엑소좀을 활용해 체중 감량 방식의 비만 치료제로서의 가능성을 제시한 획기적인 성과”라며 “저비용, 고효율의 바이오소재 기반 비만 치료제 개발에 중요한 초석을 마련했다”고 밝혔다.
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 ADVANCED THERAPEUTICS에 발표되었으며, 표지 논문으로 선정되었다.
본 연구는 한국연구재단의 중견연구 지원사업과 인천대학교 연구 지원 사업의 일환으로 수행됐으며, 제1저자로 인천대학교 이정현, 강수진 학생이 참여하였다.
이원종교수팀 논문이미지
식물 엑소좀을 이용한 비만 치료제 개발: 인천대학교 이원종 교수 연구팀 성과
인천대학교 해양학과는 INU 6CAN프로그램의 일환으로 ㈜NEB와 ㈜지오시스템리서치를 방문해 기후위기 대응, 생물다양성 보호 등을 위한 첨단 해양·수환경 기술과 현장 업무를 직접 체험했다. 학생들은 블루카본 탄소 저감 연구, 해양조사·분석, 스마트 모니터링 시스템 등 학과에서 배운 이론이 실무에 적용되는 사례를 확인하며 진로 설계에 실질적 도움을 얻었다. 이번 견학을 통해 해양학과는 학생들의 현장 역량을 강화하고, 지속가능한 해양 환경 보전에 기여할 인재 양성을 더욱 확대해 나갈 계획이다.
인천대학교 해양학과(학과장: 김장균 교수)는 지난 11월 28일과 12월 6일, INU 6CAN프로그램의 일환으로 해양 및 수환경 분야의 첨단 기술을 보유한 ㈜NEB와 ㈜지오시스템리서치를 방문해 현장 견학을 진행했다. 이번 탐방은 학생들에게 기후변화 대응과 생물다양성 보호를 위한 실무적 경험을 제공하고, 혁신 기술과 지속가능한 발전에 대한 통찰을 얻을 수 있는 기회를 마련하고자 기획됐다.
㈜NEB는 육상 및 해양환경 분야의 연구개발을 통해 기후위기 문제 해결을 선도하는 기업으로, 환경위해성 평가 및 생태독성 평가를 국내·외 연구기관 및 대학과 협력하여 활발히 진행하고 있다. 이곳에서는 블루카본 탄소 저감 연구, 염생식물 및 해조류 생산 연구 등 기후위기 대응을 위한 다양한 프로젝트를 체험할 수 있었다.
이어 방문한 ㈜지오시스템리서치는 지구과학기술 발전을 선도하는 기업으로, 해양조사·분석, 측정기기 생산, 수환경 모니터링 시스템 개발 및 예측 정보 제공에 이르는 통합 솔루션을 제공하고 있다. 기업에 재직 중인 학과 졸업생들은 학생들에게 실무적인 기술 적용 사례를 설명하며, 환경 보전과 재해 예방을 위한 스마트 기술 및 시스템을 소개했다.
견학에 참여한 학생들은 "학과에서 배운 이론이 실제 현장에서 어떻게 적용되는지 직접 확인할 수 있었다"며, "졸업 후 진로 설계와 취업 준비에 실질적인 도움을 얻었다"고 소감을 밝혔다.
인천대학교 해양학과는 앞으로도 학생들의 학문적 성장과 실무 역량 강화를 위해 다양한 기업 탐방 및 프로그램을 확대 운영할 계획이다. 이번 ㈜NEB와 ㈜지오시스템리서치 견학을 통해 학생들은 첨단 해양기술과 환경 보호의 중요성을 깊이 인식하고, 미래 해양학 연구와 지속가능한 발전에 기여할 수 있는 인재로 성장할 것으로 기대된다.
인천대학교 해양학과, 첨단 해양기술 기업 탐방 실시
인천대학교 명재하 교수팀과 KAIST 이강택 교수팀은 이중 페로브스카이트 산화물에서 코발트-철 합금(CoFe) 나노입자를 성장시키는 ‘용출(Exsolution) 기술’을 활용해, 가역 고체산화물전지(RSOCs)의 양극과 음극에 모두 사용할 수 있는 고성능 전극 소재를 개발했다. 이 소재는 별도 촉매 도포 과정 없이도 고온 응집과 탄소 침적에 강하며, 연료전지(수소 모드)와 수전해전지(수소 생산 모드)에서 각각 높은 전력·전류 밀도를 달성해 안정적으로 700시간 이상 구동에 성공했다. 또한 생산 비용과 공정을 단순화할 수 있어 연료전지 산업뿐 아니라 배터리, 이산화탄소 변환 촉매 등 다양한 에너지 시스템에서의 활용이 기대되며, 관련 연구 결과는 국제학술지 <Small>에 게재되었다.
인천대학교 신소재공학과 명재하 교수, 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 이강택 교수 공동 연구팀이 이중 페로브스카이트 산화물 기반 코발트-철 합금(CoFe alloy) 나노입자 제어 기술 개발을 통해 연료전지의 양극 및 음극으로 모두 적용할 수 있는 고성능 나노구조체 전극 소재를 개발하였다.
가역 고체산화물전지(Reversible Solid Oxide Cells, RSOCs)는 화학에너지로부터 전기를 생산하는 연료전지, 전기 에너지를 활용하여 연료를 생산하는 전해전지가 합쳐진 시스템이다. 상황에 따라 전기생산과 연료 생산이 모두 가능하므로 날씨에 영향을 받는 재생에너지의 발전변동성에 따른 전력 수요와 공급 격차를 보완할 수 있는 에너지 변환장치로 활용된다.
그러나 기존 연료전지 및 전해전지의 전극 소재들은 각 음극, 양극의 다양한 연료 환경과 요구되는 각 전기화학적 반응이 다양하여 각 전극에 맞는 특성화 연구가 따로 진행됐다.
용출(Exsolution) 기술은 페로브스카이트 산화물 소재 표면에 도핑되어 있는 금속을 고정형 나노촉매로 성장시키는 기술이다. 용출은 별도의 촉매 도포 공정 없이 작동환경에서 소재의 전기화학적 활성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 용출 나노 촉매는 산화물 지지체에 고정된 소켓 (Socket) 구조이며 균일한 입자 분포를 나타내기 때문에 고온 응집현상 및 카본 침적에 대한 높은 저항성을 보인다.
본 공동연구팀은 용출 기술을 활용하여 페로브스카이트 산화물 기반 고성능 나노구조체 전극 소재를 개발하였다. 개발한 용출소재는 코발트 도핑량이 증가할수록 용출된 나노입자의 성장이 극대화되는 반면, 동시에 모상의 안정성이 감소하는 상충관계를 나타내었다. 소재 내 최적의 코발트 도핑량 도출을 통해 나노입자의 성장 및 모상의 안정성을 모두 확보하여 소재의 성능을 최적화할 수 있었다.
해당 소재는 양극과 음극에 모두 사용할 수 있어 소재의 가격, 공정 비용을 혁신적으로 절약할 수 있어 연료전지 산업에 큰 영향을 줄 것으로 평가받고 있다. 또한 개발된 단일 대칭형 전극 소재로 구성된 가역 고체산화물 전지는 다양한 연료(CO, H2O, H2, CO2)를 직접 사용이 가능하며, 850 ℃에서 수소 연료 전지 모드로 최대 전력 밀도 1.27 W cm-2, 800 ℃에서 수전해 전지 모드로 전류 밀도 2.33 A cm-2를 기록했다. 특히, 이 전극은 연료전지와 수전해전지를 통합한 700 시간의 연속 구동에서도 열화 없이 안정적으로 작동하여, 가역적 사이클 구동에서도 높은 내구성을 보여주었다.
개발한 소재는 연료전지뿐만 아니라 배터리, 이산화탄소 변환 촉매 등 다양한 에너지 변환 시스템에도 응용되어 시스템의 수명과 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한, 연구팀이 구축한 소재 최적화 방법론은 다른 소재 개발에도 응용 가능하여 다양한 나노구조 전극 및 촉매 연구에서 성능 개선에 활용할 수 있다.
해당 연구는 에너지 변환 및 전력공급 분야에서 중요한 응용 가능성을 가지고 있으며, 특히 탄소중립을 위한 친환경 에너지 변환 장치의 상용화에 중요한 진전을 이룰 것입니다. 이를 통해 미래 에너지 시스템의 발전과 지속가능한 사회 구현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
한편 이번 연구는 인천대 명재하 교수팀 - KAIST 이강택 교수팀 공동으로 연구를 수행했고 전혜진(인천대 석사과정생), 김요한(인천대 박사과정생), 김형근(KAIST 석사과정생)이 공동 제1저자로 참여했다. 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단(우수신진연구, 글로벌기초연구실)의 지원을 받아 수행됐으며, 재료분야 국제학술지 (Small, IF=13.0)에 최근 실렸다.
연구결과 모식도
나노촉매 성장 기술 활용을 통한 양극, 음극 소재 단일화 가역 고체 산화물전지 개발 - 재료분야 국제학술지 ‘Small’에 논문 게재

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