국민대학교 화학과 김영훈·김형민 교수팀과 DGIST 최종민 교수팀이 차세대 태양전지 핵심 소재인 ‘페로브스카이트 양자점’을 균일하게 대량 합성하는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 연구로 고효율 태양전지의 상용화 가능성이 한층 높아졌다. 페로브스카이트 양자점은 뛰어난 전기적 특성으로 주목받지만 대량 생산 시 입자 품질이 불균일해지는 것이 고질적인 문제였다. 연구팀은 전구체의 확산 속도를 정밀하게 제어해 핵생성과 결정 성장 단계를 분리하는 새로운 합성법을 고안했다. 이를 통해 대량 합성한 소재를 태양전지에 적용한 결과 15%가 넘는 광전변환효율을 기록했다. 제조 규모를 키워도 고품질을 유지할 수 있음을 입증한 것이다. 이번 연구에는 국민대 김재혁 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 김 씨는 지난해 SCI급 학술지 ‘Nano Research’에 논문을 게재한 데 이어 이번 연구 성과를 에너지 분야 저명 국제학술지인 ‘ACS Energy Letters’(피인용지수 17.5)에 발표하며 연구 역량을 입증했다. 연구팀 관계자는 “이번 기술은 차세대 태양전지의 산업적 대량 생산을 앞당기는 핵심 토대가 될 것”이라고 밝혔다.

한국에너지공과대학교(켄텍) 에너지공학부 이승진 교수 연구팀이 초실감 디스플레이 핵심 소재로 꼽히는 ‘페로브스카이트 발광다이오드’(PeLED)의 성능과 안정성을 동시에 높일 수 있는 박막 제어 기술을 개발했다. 연구팀은 박막이 만들어지는 초기 단계의 시드(seed) 구조체를 정밀하게 조절, 일정한 방향으로 정렬된 3차원 나노결정 페로브스카이트 박막을 구현하는데 성공했다. 페로브스카이트는 매우 선명하고 정확한 색을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이의 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히 초고해상도 TV를 비롯해 증강현실(AR), 가상현실(VR), 확장현실(XR) 기기처럼 더 넓은 색 표현력과 높은 밝기가 필요한 초실감 디스플레이 분야에서 활용 가능성이 큰 소재로 평가된다. 최근에는 초실감 디스플레이가 국가전략 산업으로 주목받으면서, 관련 핵심 소재 기술의 중요성도 더욱 커지고 있다. 하지만 페로브스카이트는 실제 소자 제작 과정에서 원하는 결정 구조를 균일하게 형성하기가 쉽지 않다는 문제점을 지니고 있었다. 용액 공정 중 결정이 빠르게 성장하면서 결정의 크기와 배열이 불규칙해지고, 의도하지 않은 상(phase)이나 결함 구조가 함께 형성되기 때문이다. 이러한 비균일성은 발광 효율 저하와 수명 단축으로 이어져 소자 성능을 제한하는 핵심 요인으로 꼽혀왔다. 이에 따라 결정 성장 초기 단계를 정밀하게 제어하는 기술은 페로브스카이트 기반 디스플레이를 상용화하는데 핵심 과제로 주목받아 왔다. 연구팀은 이같은 한계를 극복하기 위해 결정이 모두 성장한 이후가 아니라, 나노결정이 처음 형성되는 초기 ‘핵 생성 단계’에 주목했다. 박막 성장의 출발점이 되는 시드 구조체와 전구체의 화학적 환경을 정밀하게 제어함으로써 의도하지 않은 구조의 형성을 억제하고, 상 안정성을 확보할 수 있는 고순도의 3차원 나노결정이 일정한 방향성을 가지고 자라도록 유도한 것이다. 페로브스카이트가 성장하기 시작하는 순간부터 결정의 방향성과 구조를 올바르게 유도함으로써 종전보다 균일하고 안정적인 박막 구현에 성공한 것이다. 연구 결과, 이렇게 제조된 박막은 광발광 양자효율이 크게 향상된 것은 물론 섭씨 100도에서도 구조적·광학적 특성을 유지하는 등 높은 안정성을 보였다. 이러한 박막을 기반으로 제작된 페로브스카이트 발광다이오드는 최대 외부양자효율(EQE) 22.1%를 달성했으며, 1만cd m-2의 고휘도 조건에서도 20% 이상의 EQE를 유지해 고휘도 구간에서 일반적으로 나타나는 효율 저하를 효과적으로 억제하는 성능을 확인했다. 제1저자인 정진주 켄텍 대학원생은 “루이스 산-염기 상호작용을 활용한 표면 리간드 전략을 통해 원치 않는 구조 형성을 억제하고, 더 작고 균일한 3차원 나노결정이 정렬되어 성장하도록 유도함으로써 상 순도가 높은 3D 나노결정 박막을 형성할 수 있었다”고 설명했다. 이승진 켄텍 교수는 “이번 연구는 박막 형성의 출발점인 초기 결정 성장 단계에서부터 시드 구조를 설계, 원하는 결정 특성을 갖는 페로브스카이트 박막을 구현했다는 점에서 큰 의미가 있다”고 밝혔다. 연구팀은 이번 성과가 향후 고효율·고안정성 페로브스카이트 발광소자 개발은 물론, 차세대 디스플레이 및 다양한 페로브스카이트 기반 광전자 소자의 상용화 연구에도 중요한 설계 원리를 제시할 것으로 기대하고 있다. 이 연구는 한양대학교 이태경 교수 연구팀과 공동연구로 수행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 Nano Energy(논문명: Control over seed framework enables oriented 3D nanocrystalline perovskite films for light-emitting diodes)에 게재됐다.

연세대와 중앙대 교수 협력 기업인 바른바이오(대표 이재영)는 자체 혁신 기술인 ‘SPS’(Self-Powered Stimuli) 기술을 의류에 접목한 스포츠웨어 및 스포츠 보조 용품을 출시했다고 17일 밝혔다. 바른바이오가 보유한 SPS 기술은 탄소저감 시대를 맞아 그린뉴딜 시장의 떠오르는 블루오션 분야로, 친환경 혁신 기술 ‘에너지하베스팅’의 일종이다. 이 기술은 어떠한 외부 장치 없이 신체의 움직임만으로 발생된 에너지를 전기장으로 변환, 이를 통해 목표 부위에 지속적으로 자극을 주는 혁신 기술이다. 마이크로 전기자극 효능을 입증한 결과는 에너지 분야 세계적 학술지인 나노에너지(IF 19.069·상위 5%)에 게재해 ▲근육 및 세포 활성화 ▲혈액순환 ▲상처치유 촉진 등 우수한 연구결과를 통해 알려진 바 있다. 또 기술을 의류에 접목, 일상에서 인체 에너지 재활용 가능한 첨단 기술 입는 에너지 솔루션 ‘WE-stim’(Wearing Electrical stimulation) 기술’을 개발해 해당 기술이 접목된 다양한 스포츠 의류 및 보조용품 브랜드 ‘HYVEL’을 런칭했다. 회사 측은 HYVEL 제품 착용시 WE-stim 기술 부위에서 마이크로 전기자극을 줘 다양하고 지속적인 효과로 착용자의 운동능력 향상 및 신체 문제 개선을 돕는다고 밝혔다. 이번 출시한 신제품으로 무릎보호대, 종아리슬리브, 양말 등의 제품으로 구성돼 있으며 바른바이오 홈페이지에서 만나볼 수 있다. 최근에는 국내 헬스케어 솔루션 기업인 종근당건강과 WE-stim 기술 제품에 대한 거래 납품을 체결하기도 했다. 이를 통해 국내 소비자들이 더욱 다양한 유통 채널을 통해 HYVLE 제품을 접할 수 있는 계기가 될 것으로 전망한다고 밝혔다. 앞서 지난 10월에는 25일부터 28일까지 4일간 싱가포르에서 개최된 글로벌 IP행사인 ‘SWITCH(Singapore week of innovation & technology) 컨벤션’에 참가해 바른바이오의 혁신 기술과 신제품을 소개하는 자리가 마련되기도 했다. 이에 세계 각국 바이오기업과 투자자들의 높은 관심은 물론, 독점 이벤트 진행 및 해외로컬 헬스케어 기업과의 협력 제안 등이 이어지며 글로벌 시장에서 바른바이오가 지닌 기술 경쟁력 우위와 가능성을 가늠하게 했다. 바른바이오 관계자는 “자사의 혁신기술을 바탕으로 이룬 성과를 초석으로 삼아 국내외 혁신 기업들 속에서 자사의 경영이념 ‘과학의 바른 발전’을 가지고 글로벌 시장 속 K-바이오의 바른 영향력을 넓혀갈 수 있도록 최선을 다하겠다”고 전했다. 한편 바른바이오는 2020년 예비창업패키지 과제선정(창업진흥원) 이후 바른공학을 설립했으며, 지난해는 기술평가 우수기업 인증(NICE평가정보), 기술상용화지원사업 과제 선정(서울산업진흥원), U-TECH 밸리 기업 선정(기술보증기금), Kibo Star 기업 선정(기술보증기금), 초기창업패키지 과제 선정(창업진흥원), 기업부설연구소 설립, 벤처기업 인증, Nano Energy 논문 게재, 중앙대학교 가족회사 산학 협력 기업 선정 등의 성과를 거뒀다. 올해는 고령친화 의료기기(성남 시니어 산업 혁신센터) 인증 기업으로 인증돼 지속적으로 성장하고 있다.

발걸음에서 얻어지는 충격 에너지를 전기 에너지로 변환해 태양광 패널의 먼지를 제거하는 원천 기술이 개발됐다. 한국기술교육대학교(총장 이성기)는 메카트로닉스공학부 박진형 교수 연구팀이 카이스트 기계공학과 경기욱 교수 연구팀과 공동으로 마찰전기 발전기(triboelectric nanogenerator)와 전기력 기반 먼지 제거 방식(elelctrodynamic dust shield)을 사용해 태양광 패널을 청소하는 원천 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 태양광 발전은 표면의 먼지로 효율이 점점 저하되는 문제가 있어 주기적인 세척이 필요하지만, 손이 닿지 않거나 도심에 분산된 태양광 패널을 일일이 청소하기는 어려운 실정이다. 연구팀이 개발한 먼지 제거 태양광 패널은 표면에 깍지 형태의 전극이 배치된 구조로, 교류 전압을 가했을 시 진동하는 강한 전기력으로 먼지를 털어낸다. 연구팀은 강한 전기장을 만들어야 하는 특성상 에너지의 손실 없이 진동하며 교류 고전압을 장시간(약 10초/회) 동안 발생시키는 마찰전기 발전기를 개발했다. 연구팀에 따르면 12번의 발걸음을 걷는 동안 태양광 패널의 표면 먼지의 약 79.2%를 제거해 태양광 패널의 출력이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 연구팀은 “사람들이 태양광 패널 주변을 걸어다니는 것만으로도 세척이 힘든 도심 속 태양광 패널을 청소하는 친환경적인 방법이 될 수 있다”고 설명했다. 이번 연구는 정부의 재원으로 한국연구재단과 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐으며, 지난 9월 22일 우수국제 학술지인 나노 에너지(Nano Energy) 온라인판에 ‘고효율 및 오래가는 충격에 의한 마찰전기 나노발전기, 그리고 태양광 패널의 자가 청소에의 적용(Highly efficient long-lasting triboelectric nano generator upon impact and its application to daily-life self-cleaning solar panel)’ 제목으로 게재됐다.

그린수소를 저비용으로 대량 생산할 수 있는 촉매제가 개발돼 관심을 모으고 있다. 전북대학교는 나노융합공학과 연구진(다슈람 파델 대학원생, 지도교수 이중희·김남훈)이 ‘비귀금속 기반의 고효율 수전해 촉매’를 개발했다고 4일 밝혔다. 연구 성과는 에너지 분야 세계 최고 수준의 학술지인 ‘나노에너지’(Nano Energy) 최신호에 게재됐다.연구진은 비교적 값이 싼 코발트-이황화텅스텐과 니켈 텔루라이드를 활용한 고효율의 이종구조 수전해 촉매를 개발했다. 이 촉매를 적용한 알카라인 수전해 셀은 매우 우수한 수소생산 성능과 내구성을 보였다. 연구진은 고효율 수전해 장치 제작 및 상용화 기술 연구를 통해 저가의 그린수소 대량생산 기술 기반을 구축할 계획이다. 그동안 그린수소 생산 기술은 친환경 핵심 기술이나 수전해용 촉매로 쓰이는 백금, 산화이리듐, 류테늄산화물이 비싸 산업적으로 널리 활용되지 못하고 있는 상태다. 이중희 교수는 “대량 생산이 가능한 수전해 핵심 촉매 기술이 새만금지역 그린수소 산업 발전과 국내 수소경제 사회를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

현재 이차 전지의 가장 일반적인 형태는 리튬이온 배터리입니다. 리튬 같이 한정된 자원을 대체하기 위해 여러 가지 대안적 기술이 개발되고 있지만, 현재까지 에너지 밀도나 경제성, 신뢰성에서 리튬 계열 배터리가 가장 우수해 전기차에서 스마트폰까지 배터리가 필요한 장소에 가장 널리 쓰이고 있습니다.  현재 연구되는 리튬이온 배터리의 대안 중 하나는 레독스 흐름 전지 (redox flow battery)입니다. 레독스 흐름 전지에는 리튬이온 배터리에 없는 몇 가지 정점이 있습니다.  우선 액체 상태의 양극 및 음극 전해질을 따로 분리해 저장했다가 이온 교환막을 사이에 두고 흐르게 하면 전류가 나오는 방식이기 때문에 화재에 안전한 장점이 있습니다. 배터리 용량을 늘리기 위해서 단지 전해질 용액과 저장 탱크의 크기만 늘리면 되기 때문에 대규모 에너지 저장 시스템에 최적의 방식이라는 점도 장점입니다.  단점은 아직 에너지 저장 밀도가 낮아 이론처럼 경제적이지 않다는 것입니다. 상용화된 흐름 전지 중 에너지 밀도가 가장 높은 편인 바나듐 레독스 흐름 전지 (VRFB)의 경우 바나듐을 사용해 가격이 높은 편이고 독성이 있다는 점이 단점입니다. 따라서 흐름 전지 개발자들은 바나듐보다 훨씬 뛰어난 배터리 소재를 찾고 있습니다.  일리노이 공대의 스핀오프 기업인 인플루잇 에너지 (Influit Energy)도 그중 하나입니다. 이들이 개발한 나노전자 연료 (Nanoelectrofuel) 흐름 전지는 값비싼 바나듐 대신 금속 산화물 나노입자를 사용해 에너지 밀도를 높이면서도 가격은 낮췄습니다.  인플루잇에 따르면 부피당 에너지 밀도는 리터당 350-500kWh로 이미 나노전자 연료가 더 우수합니다. 무게로 따지면 여전히 리튬이온 배터리보다 낮은 편이지만, 2세대 나노전자 연료는 에너지 밀도를 더 높여 경쟁력을 확보할 수 있다는 것이 이들의 주장입니다.  이 부분은 앞으로 검증이 필요한 내용이지만, 이 기술에 큰 관심을 보이는 의외의 기관이 있습니다. 바로 미국 고등연구계획국(DARPA)입니다. 레독스 흐름 전지는 충전 대신 전해질 용액을 연료처럼 주입해 휘발유나 경유처럼 금방 채울 수 있다는 장점이 있습니다. 여기에 화재 위험성이 없다는 점이 군의 큰 관심을 끌고 있습니다.  탱크와 장갑차, 그리고 군용 차량들은 막대한 양의 연료를 소비하기 때문에 탑재하는 연료의 양도 많아질 수밖에 없습니다. 당연히 적의 공격에 취약한 부분입니다. 이 연료를 수송하고 저장하는 일 역시 매우 위험할 수밖에 없습니다. 전쟁터에서 한가롭게 대용량 배터리를 충전할 순 없기 때문에 리튬이온 배터리는 대안이 될 수 없습니다. 더구나 화재 위험성이 있기는 마찬가지입니다.  레독스 흐름 전지는 이론적으로 이 문제들을 모두 깔끔하게 해결할 수 있는 대안입니다. 따라서 DARPA가 나노전자 연료에 관심을 보인 것은 의외의 결과는 아닌 셈입니다. DARPA는 우선 1200만 달러의 연구비를 지원해 나노전자 연료가 기술적, 경제적으로 타당한 대안인지를 검증할 계획입니다.  레독스 흐름 전지는 여러 면에서 흥미로운 배터리 기술이기는 하지만, 사실 많은 제한점도 지니고 있습니다. 우선 충전할 때도 두 개의 전해질을 별도로 담는 탱크가 필요하고 방전하고 난 후 전해질도 따로 회수해야 합니다. 따라서 탱크가 총 4개가 필요합니다. (사진 참조) 연료 주유기도 4개의 연료 호스를 지니고 있습니다. 그렇지 않아도 에너지 밀도가 낮은 점을 생각하면 부피와 무게가 늘어날 수밖에 없어 차량용으로 약점이 될 수밖에 없습니다.  그래도 화재 위험성이 없다는 점은 군 입장에서는 무시할 수 없는 큰 장점입니다. 또 대규모 에너지 저장 시스템에서도 매우 큰 장점일 수밖에 없습니다. 앞으로 이 분야에서 레독스 흐름 전지가 새로운 역할을 할 수 있을지 주목됩니다. 

DGIST 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀은 단층 그래핀과 금속산화물 이종접합 물질을 이용해 얇고 유연하면서도 기계적 안정성이 우수한 에너지 저장소자 개발에 성공했다. 개발된 에너지 저장소자는 피부 부착형 웨어러블 기기의 보조 전원으로의 활용이 기대된다. DGIST 이성원 교수팀은 0.1mm 이하의 초박막 형태로 수퍼캐패시터를 제작, 접어서도 사용가능한 정도의 기계적 유연성을 확보했다. 특히 개발한 슈퍼캐패시터는 접어 사용하더라도 펼쳤을 때와 동일한 전기적 특성을 보장하는 장점을 가져, 웨어러블 제품의 에너지 소자로 피부에 부착되더라도 자유로운 움직임 속에서 특성의 변화 없는 안정적인 에너지 공급이 가능하다. 이번 연구를 통해 개발된 슈퍼캐패시터는 단층 그래핀 위에 금속 산화물을 성장·접합시켜 제작한 것으로, 산업 현장에서의 실질적인 활용이 많지 않던 단층 그래핀을 활용한 대표적인 사례로서의 의미가 크다. 뿐만 아니라, 금속산화물을 다른 물질과 접합시킬 때 나타나는 복잡한 변화에 대해서도 관찰함으로써, 향후 관련 연구 분야 가이드라인으로서의 의미도 함께 지닌다. DGIST 신물질과학전공 이성원 교수는 “이번 연구를 통해 완성한 수퍼캐패시터는 총 두께 30μm(마이크로미터), 단위 면적당 저장용량 7.76mF/cm2로, 1000번의 충전과 방전을 시행하여도 거의 동일한 저장용량을 보장해, 물성이 변하지 않는 장점을 갖고 있다”며 “여러 장점이 많은 슈퍼캐패시터지만 현재 다른 상용 배터리보다 다소 낮은 총 에너지 저장용량을 해결하기 위해 추가적인 연구를 계속해나갈 예정이다”고 밝혔다. 이번 연구는 DGIST 신물질과학전공 난다나팔리(Nandanapalli) 박사 후 연구원 등이 참여했고, 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 지난 6월 24일 온라인 게재됐다.

서울시립대학교는 지난 21~23일 수원컨벤션센터에서 열린 ‘제127회 대한화학회 춘계총회 및 학술발표회’에서 서울시립대학교 자연과학대학 융합응용화학과 장락우 교수가 대한화학회 물리화학 분과회의 ‘신국조 학술상’을 받았다고 27일 밝혔다. 대한화학회 물리화학 분과회는 이론화학 및 계산 화학분야에서 탁월한 연구업적을 쌓고 우리나라 물리화학분과회의 발전에 크게 기여한 연구자를 매년 선정해 신국조 학술상을 주고 있다. 시상식은 지난 22일에 열렸으며, 장락우 교수는 ‘Computer Simulation Studies of Biological and Material Systems’라는 주제로 수상 기념 강연을 했다. 장락우 교수는 2005년부터 바이오 및 나노 물질에 관한 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 수행해왔다. 특히 최근 유기태양전지의 안정성과 관련한 연구를 Adv. Energy Mater., Nano Energy, J. Mater. Chem. A 등 세계 학술지에 논문을 발표했다. 현재는 2021년 출범한 서울시립대학교 융합응용화학과에 초대교수로 부임해 학과장으로 재직 중이다. 서울비즈 biz@seoul.co.kr

DGIST 에너지융합연구부 김영훈 박사 연구팀이 페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능과 안정성을 높인 기술을 개발했다. 빛에너지 전기발광 특성도 동시에 갖추고 있어 건물일체형 태양광 발전과 다기능성 광전소자, 라이파이 등 광기술 개발 및 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 최근 신재생에너지 기술을 비롯한 태양전지의 관심이 높아지면서 양자점(Quantum dot)을 이용한 태양전지 연구가 활발하다. 양자점은 빛 흡수 능력이 뛰어나고 넓은 영역의 빛을 흡수하는 차세대 태양전지의 핵심 소재다. 특히 양자점 태양전지 분야에서 가장 높은 효율을 가진 페로브스카이트 양자점 태양전지는 빛을 전기에너지로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성을 동시에 갖기 때문에 다기능성 태양전지로 각광받고 있다. 우수한 페로브스카이트 양자점을 합성하기 위해서는 긴 탄화수소 체인을 가진 유기 리간드가 이용된다. 리간드는 10나노미터(nm)에 분산이 될 수 있게 한다. 이러한 양자점을 기판 위에 잘 배열시킴으로써 양자점 태양전지가 만들어진다. 이 때 양자점 표면에 흡착된 긴 체인의 리간드는 양자점 간의 전하이동을 어렵게 해 태양전지 성능을 저하시키기 때문에, 짧은 탄화수소 체인을 가진 리간드로 치환시키는 과정을 거쳐야 한다. 이 때문에 기존에는 ‘포르마미디늄(Formamidinium, FA)’이라는 짧은 탄화수소 체인을 가진 리간드로 치환시켜 소자의 성능을 향상시킬 수 있었다. 하지만 포르마미디늄 리간드의 특성상 물과 잘 결합하고 습기를 잘 흡수하는 친수성때문에 공기 중 수분으로 인해 안정성이 현저히 감소하는 문제점들이 발생했다. DGIST 김영훈 박사 연구팀은 다양한 실험을 통해 벤젠 그룹 기반의 ‘페네실라모늄(Phenethylammonium, PEA)’리간드가 가진 물 분자와 잘 결합하지 않는 소수성에 주목했고, 이를 페로브스카이트 양자점 표면에 안정적으로 흡착시키는데 성공했다. 이를 통해 연구팀은 광전변환효율을 14.1%까지 향상시켰고, 약 15일 간 실제 외부환경과 같은 조건인 상대습도 20~25%에서 90%이상의 높은 광전변환효율을 유지하는 안정성도 추가로 확인했다. 김영훈 박사는 “짧은 탄화수소 체인을 가지면서 소수성을 갖는 리간드를 도입해 페로브스카이트 양자점 태양전지의 성능 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있음을 최초로 규명했다”며, “차세대 양자점 태양전지 개발 및 실용화를 위한 새로운 패러다임을 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다. □이번 연구는 한양대학교 화학공학과 고민재 교수 연구팀과 공동협력으로 진행했으며, DGIST 에너지융합연구부 김지건 위촉연구원 및 한양대학교 화학공학과 석박사통합과정생이 제1저자로 참여했다. 에너지과학 분야의 세계적 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 6월 15일자 온라인판에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

신체 내 버려지는 기계적 운동에너지를 수집해 마찰전기 에너지로 변환하는 소자를 개발하고, 이에 신경인터페이스 기술을 접목해 배터리 없이 말초신경을 자극하는 새로운 신경조절 인터페이스가 개발됐다. 앞으로 인체 내 삽입하는 신경자극기 개발에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다. DGIST는 이 대학 로봇공학전공 이상훈 교수팀이 싱가포르국립대학 연구팀과 함께 인체에서 발생하는 기계적 운동에너지로 신경자극 신호를 발생시켜 말초신경을 자극하는 새로운 개념의 신경조절 인터페이스를 개발했다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 말초신경 중에서도 방광골반신경을 자극해 배뇨활동을 유도하는 방식으로 신경인성 방광을 치료하는 데 응용될 수 있을 것으로 기대된다. ‘신경인성 방광’은 신경질환 중 하나로 방광과 요도의 기능 장애가 주증상이다. 요실금이나 변실금 치료를 위해 개발된 기존의 인체 삽입형 신경자극기로 천추신경을 인위적으로 자극해 과민성방광 치료가 가능했다. 하지만 이로 인한 신체 내 부작용이나 주기적인 배터리 교체와 같은 한계로, 환자의 심리적? 경제적 부담까지는 해결할 수 없었다. 방광기능에 직접적으로 관여하는 방광골반신경에 전기 자극을 주는 여러 연구가 진행됐지만 신경의 크기가 매우 작고 몸 속 깊이 위치해 있어 연구에 어려움이 많았다. 이상훈 교수팀은 방광골반신경을 위한 신경전극 개발과 함께 인체에서 발생하는 기계적 운동 에너지를 모아 마찰전기 에너지로 바꿔주는 마찰대전 신경자극소자를 적용해 방광의 배뇨기능을 유도하는 배터리 없는 신경조절 인터페이스 개발에 성공했다. 특히 이상훈 교수팀이 개발한 신경조절 인터페이스는 유연하면서도 매우 작은 방광골반신경에 안정적인 삽입이 가능해, 합병증 위험이 적다. DGIST 로봇공학전공 이상훈 교수는 “마찰전기를 신경자극 실험에 적용해본 것이 이번 연구의 시작이었다”며 “자율신경계의 일종인 방광골반신경을 마찰전기자극으로 조절하는 기술은 향후 배터리 없는 인체삽입형 신경자극기 개발에 있어 무한한 응용 가능성을 보여준다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 신진연구의 지원을 받은 DGIST 로봇공학전공 이상훈 교수팀과 싱가포르 국립대학 팀의 공동연구로 진행됐으며, 저명한 화학분야 저널인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 6월호에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

계속되는 지구 온난화로 우리 정부는 오는 2030년까지 신재생에너지 발전량 비중 20%를 달성한다는 ‘신재생에너지 3020 이행계획’ 발표를 준비하는 등 노력을 기울이고 있다. 특히 최근 포항지진에 따른 탈원전 바람이 거세지면서 신재생에너지에 대한 필요성이 더욱 커지고 있는 추세다. 이에 백창기 교수가 속한 포스텍 NEST(Nano Energy and Senor Technology) 센터는 지난 해 ‘스마트 산업에너지 ICT 융합 컨소시엄’ 사업을 통하여 철강산업, 열병합발전, 열화학공정에서 버려지는 폐열을 회수, 전기를 만들어내는 친환경 기술을 바탕으로 하는 ‘ICT 융합 미이용 에너지 열전발전 시스템’ 개발에 나섰다. 열전발전이란, 열에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 기술로 고온부분과 저온부분 사이 온도차에 의하여 열이 이동하려고 하는 에너지를 전기에너지로 변환 및 발전하는 것을 말한다. 최근 신재생 에너지 후보 기술 중 하나로 주목받고 있는 열전발전은 산업 폐열을 회수해 전기를 생산함으로써 에너지 소비효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 태양열, 지열, 도시배열, 해양 온도차 등 자연에너지원으로도 전기를 얻을 수 있어 효과적이다. 또한 태양광 및 풍력과는 다르게 24시간 발전시킬 수 있어 출력안정성이 높고, 발전량 예측이 가능하며, 무소음, 무진동, 무탄소배출의 3無 기술로 유지보수가 거의 필요하지 않다는 장점을 가지고 있다. 백창기 교수팀의 ‘스마트 산업에너지 ICT 융합 컨소시업’ 사업은 반도체ICT 원천기술을 활용한 하향식 ‘실리콘 열전모듈’을 이용해 폐열 회수용 열전발전 시스템을 구축하고 이를 세계 최초로 상용화시키는 것을 목표로 한다. 이는 폐열원의 회수 효율을 높이는 것은 물론, 가격경쟁력에서도 우수하여 업계 전문가들의 큰 기대를 받고 있다. 이외에도 산업용 용광로, 가열로, 소각로, 열병합발전소 등의 에너지 재활용은 물론 자립화가 필요한 공장과 지역에너지 발전사업에 적용하고 국가분산전력망으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 향후 가정용 보일러에도 적용할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 한편 포스텍 NEST 센터는 오는 3월 14일부터 3일간 김대중컨벤션센터에서 개최되는 ‘2018 SWEET’ 전시회를 통해 미이용 산업폐열 회수를 위한 하베스팅 반도체ICT 신기술을 선보인다. 포스텍 NEST 센터의 관계자는 “열전발전 시스템의 친환경에너지 이용으로 온실가스 배출을 감축시키고 에너지 효율향상을 통해 국내 제조산업의 경쟁력을 강화시킬 수 있을 것”이라며 “미래 성장동력이 될 ICT∙에너지산업의 원천기술확보를 통한 강소기업 육성 및 신에너지 산업 창출을 기대하고 있다”고 전했다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr