다아라 매거진 _ 2017.10

기술뉴스

트랜드 #리튬이온전지  #전극  #거미줄  

[Technical News]거미줄 모방 리튬이온전지 전극 소재 개발…다양한 기능성 소재에 적용 가능

최근 기후변화대응에 대한 관심이 커지고 모바일전자기기, 전기자동차, 에너지저장시스템(ESS) 시장이 발전해 기존 리튬이온전지의 성능을 극복하면서 고용량 에너지저장소재의 필요성이 대두되고 있다. 현재 상용화된 음극 소재인 흑연은 이론용량이 약 370mA h/g으로 제한돼 이를 대체하기 위해 고용량 실리콘, 전이금속산화물 등 다양한 소재가 개발되고 있지만, 대부분의 고용량 소재가 그렇듯 느린 충·방전 속도와 부피 팽창으로 인한 장기안정성 저하가 한계로 지적돼 왔다. 이에 한국연구재단은 성균관대 박호석 교수 연구팀이 거미줄의 구조와 기능을 모방해 리튬이온전지의 핵심 소재인 고성능 전극 활물질을 개발했다고 밝혔다. 거미줄을 모방한 청색기술을 통해 고용량 전지 소재의 한계로 꼽히는 느린 충·방전 속도 및 기능저하 문제점을 해결할 수 있을 전망이다. 박호석 교수 연구팀은 거미줄로 벌레를 포획하는 것과 같이 고용량의 철 산화물 나노입자를 3차원 탄소나노튜브 웹 네트워크에 고정시

[Technical News]스마트 온실, 삼중발전 시스템으로 효율성 높인다

가스엔진으로 온실 냉난방을 하고, 엔진에서 배출되는 탄산가스는 식물에 비료로 준다. 한국기계연구원이 세계 최초로 만든 ‘스마트 에너지 온실’의 풍경이다. 오염물질 배출은 90% 이상 줄이고 작물은 20% 이상 쑥쑥 자란다. 과학기술정보통신부(장관 유영민) 산하 한국기계연구원(원장 박천홍)이 세계 최초로 ‘Tri-Gen(삼중발전)’ 시스템을 적용한 스마트 온실 에너지 통합 시스템을 개발했다. ‘Tri-Gen’은 가스히트펌프를 난방, 탄산시비, 냉방(혹은 발전) 3개 용도에 활용한다는 의미다. 기계연 환경기계연구본부 청정연료발전연구실 이상민 실장 연구팀은 세계 최초로 삼중발전이 가능한 시설원예용 가스히트펌프(GHP) 시스템을 개발하고 국내 농가에 실증하는 데 성공했다.지금까지 국내 시설원예 농가는 난방기, 냉방기, 탄산시비 장치, 제습기 등 온실이 필요로 하는 에너지 장치를 개별적으로 설치하고, 농장주의 경험에 따라 독립적으로 제어해왔다. 사정이 이렇다 보니 에너지 효

[Technical News]세포 속에서 빛이 나오는 산화철 광열제 개발

한국연구재단(이사장 조무제)은 김영근 교수(고려대) 연구팀이 세포속에서도 형광이 나와, 광열치료의 치료위치를 실시간으로 볼 수 있는 산화철 광열제 기술을 개발했다고 밝혔다. 그동안 광열치료에서는 금(Au) 나노입자를 주로 연구해왔다. 금 나노입자는 가시광 및 근적외선 빛 흡수에 의해 열이 쉽게 나기 때문이다. 그러나 낮은 조도에서 효과가 낮고, 금 나노입자 표면을 화학적으로 변형시키는데 사용되는 결합은 온도가 높아질수록 안정성이 떨어졌다. 따라서 최근에는 산화철 나노입자가 광열제로서 부각되고 있다. 연구팀은 근적외선 파장의 레이저를 쬐어 산화철 나노입자의 광열효과를 유도했다. 이로 발생하는 열이 나노입자 주변에 있는 고분자의 탄소사슬 구조를 변형해 파이(π)-공액 구조를 가지는 새로운 공액고분자 구조를 형성시킴으로써 강한 형광이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 나노입자를 세포에 흡수시켜 광열효과를 유도하는 경우도 형광이 나타났다. 세포내에 유기물질이 고분자의 역할

[Technical News]종이 기반 3차원 마이크로유체칩 개발 성공

한국연구재단은 “현진호 교수 연구팀(서울대)이 얇고 투명한 종이 기반의 3차원 채널 마이크로유체칩을 제작하는 데 성공했다”고 밝혔다. 마이크로유체시스템은 마이크로미터(μm) 규모에서 유체의 흐름과 열전달, 물질전달을 제어하는 장치·기술로써, 임신 진단, 단백뇨 검사, 말라리아 검사, 자가진단 키트 등의 의료산업뿐 아니라 독성가스 검출, 중금속 이온 검출 등 환경 분야에까지 널리 사용되고 있다. 4차 산업혁명의 주요 기술로 손꼽히는 3D 프린팅을 활용해 마이크로 유체시스템을 제작하려는 시도가 있었으나, 현재까지는 소재나 제조방법에 있어서 한계가 있었다. 기존에는 3D 프린팅 활용 시에 실리콘이나 아크릴계 수지를 소재로 하고 있어서 응용범위가 제한적이다. 또한 펄프섬유를 이용한 종이기반 마이크로유체시스템 연구도 활발히 진행되고 있으나, 대부분 각 층별로 구조체를 제조하고 여러 층을 적층해서 조립하는 기존의 방식을 이용하는 데 머물러 있다. 이 연구에서는 하이드로겔

트랜드 #합성가스  #청정가스  #촉매  

[Technical News]한국연구재단, 합성가스를 청정가스로 바꾸는 촉매 개발 성공

한국연구재단(이사장 조무제)은 배종욱 교수(성균관대) 연구팀이 제철산업의 주요 부산물인 합성가스를 청정 액체연료의 재료인 탄화수소로 바꾸는 과정에서 효율을 높일 수 있는 철-지르코늄 촉매를 개발했다고 밝혔다. 합성가스는 많은 양의 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하고 있다. 이를 GTL(Gas to Luqiud) 기술 중 하나인 피셔-트롭쉬 합성반응을 이용해 탄화수소로 만들 수 있다. 현재는 피셔-트롭쉬 반응의 효율을 높이기 위해 철 촉매를 주로 사용한다. 그러나 철의 소결현상 때문에 시간에 따라 촉매 반응이 급속도로 낮아지는 한계가 있다. 연구팀은 철에 지르코늄 금속산화물을 혼합하는 방법을 사용해 철의 소결현상을 완화시켰다. 기존 철 촉매는 반응 초기부터 서서히 반응성이 감소하는 현상이 일반적이나, 철-지르코늄 금속산화물 촉매는 60시간 이상의 반응시간에서도 안정된 반응을 보였다. 철 산화물로 이뤄진 6~7나노미터(nm) 메조 세공 격자 내에 지르코늄 금속산화물 성분

[Technical News]친환경 저비용 리튬-황 전지, 유리섬유로 개발한다

한국연구재단(이사장 조무제)은 김도경 교수(한국과학기술원) 연구팀이 친환경·저비용 소재인 유리 섬유막을 리튬-황 전지에 최초로 적용해 고효율 전극 소재를 개발했다고 밝혔다. 리튬-황 전지는 휴대기기에 쓰이는 기존의 리튬이온 전지보다 용량과 에너지 밀도가 우수해 차세대 대용량 에너지 저장장치로서 각광받고 있다. 그러나 황의 낮은 전기전도도, 충전·방전할 때의 부피 변화, 리튬과 황의 반응물질로 인한 전지의 수명 감소 등으로 인해 리튬-황 전지를 상용화하기에는 아직 한계가 있었다. 기존 해결 방법으로는 고비용의 탄소 재료를 다량 첨가하거나 독성 및 발암성 용매를 사용하는 방법뿐이었다. 연구팀은 유리 섬유를 서로 얽히게 해 매우 유연하고 질긴 다공성 골격을 제조하고, 이를 리튬-황 전지에 최초로 적용하는 아이디어를 제안했다. 어디서나 볼 수 있는 유리섬유의 값싸고 무해한 특성이 리튬-황 전지에도 적용된 것이다. 이 연구에서 개발된 전극은 구부려도 기계적으로 손상되지 않

[Tech TrendsⅡ]태양광으로 공용 자전거 전자 잠금 장치 충전

몇 년 전부터 대도시에 ‘공용 자전거’가 생겨나기 시작했다. 누구나 도시 전역에 설치된 도킹 스테이션에서 자전거를 빌렸다가 반납할 수 있으며, 신용카드로 이용 가능하다. 요금은 자전거 이용 시간만큼 부과된다. 런던에서는 자전거 사용자가 지정된 장소인 도킹 스테이션(docking station) 키오스크(KIOSK)에서 자전거를 빌렸다가 반납한다. 이러한 방식은 자전거 여행자들에게는 좋지만 근처에 도킹 스테이션이 없는 직장인들에게는 불편함을 야기한다. 직장인들은 일상생활에서 먼 거리를 걷거나 비교적 짧은 거리임에도 택시를 타야 하는 등의 문제를 겪고 있다. 직장인들이 자전거를 빌리지 않고 지하철역이나 버스 정거장에서 직장까지의 거리를 어떻게 이동하고 있을까? 어디에서든 자전거를 빌리고 반납할 수 있는 시스템이 구축된다면, 직장인들에게 훨씬 더 편리하고 효율적일 것이다. 최근 중국의 주요 도시에 있는 공용 자전거 프로그램들은 키오스크 기반 시스템에서 도크리스(

[Tech TrendsⅠ]절삭력 변화에 따른 진동과 공구 떨림, 표면조도 저하

금속 절삭 작업에서 발생하는 진동을 컨트롤하지 못하면 여러 가지 문제가 발생한다. 절삭 공정에 따라 절삭력의 변화로 진동과 공구 떨림이 발생하고 이로 인해 부품 표면조도가 저하되며, 절삭 공구의 마모 혹은 파손이 빨라져 장비 부품이 손상되기도 한다. 제품 디자인 트렌드가 진동을 유발하기도 한다. 제조업체들은 제품 강도를 높이고 어셈블리 비용 절감을 위해 일체형 피삭재로 부품을 가공하는 경우가 많아지고 있다. 부품 내부 형상을 가공하는 데에는 깊은 캐비티에 도달하는 공구가 필요하고 이에 따라 길어진 공구 길이는 진동을 악화시킨다. 절삭 변수를 줄여 진동을 최소화하면 생산성이 줄어들고 생산원가가 늘어나게 된다. 진동 제어를 위한 다양한 접근 방식 중 기본적인 것은 패시브/동적 시스템으로 진동이 확산돼 가공 공정을 방해하기 전에 이를 흡수하는 동조 질량 댐퍼(tuned-mass damper) 컨셉을 이용한다. 진동은 모든 산업 부문에서 심각한 문제로 인식되고 있다

테크 #센서  #sensor  #건물자동화  

[Tech Trends]건물 자동화에 따른 방대한 케이블, 센서가 해법

건물 자동화 알고리즘에 의한 환경 요인의 변화를 이해하면서 건물의 보안과 관련된 보다 많은 센서 데이터를 수집하고자 한다면 주변 환경으로부터 데이터를 수집하는 것이 도움이 된다. 하지만 건물에 센서를 추가할 경우 이들 장치에 전력과 통신을 제공하는 데 방대한 케이블 배선을 필요로 한다는 문제가 있다. 이럴 경우, 무선 센서를 탑재한 사물 인터넷(IoT) 기기는 이러한 배선 문제를 완화할 수 있다. 일부 애플리케이션은 여전히 배선이 필요하며, 주변광 센서와 도어 앤 윈도우 센서가 포함되기는 하지만 기존의 유선 애플리케이션을 무선으로 구현하는 방법은 생각보다 어렵지 않다. 상업용 건물에 사용되는 주변광 센서는 특정 공간의 빛의 세기를 감지해 일정한 작업 공간에서 전체 주변광의 균형을 맞춘다. 일반적으로 광센서는 센서로 제어되는 조명에 선으로 연결된다. 무선 솔루션을 구현하려면 조명을 무선 커넥티비티를 통해 스마트 컨트롤러에 연결하고 창문 가까이에 무선 광센서를 설치한다.

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