- 세계 두 번째로 확장 가능한 TF QKD 네트워크 구조 검증 현대의 암호 체계는 수학적인 문제를 기반으로 공개키와 비밀키를 생성하고, 이를 이용하여 정보를 암호화하고 해독하는 것이 일반적이다. 반면 계산 복잡도가 아닌 양자역학 법칙에 기반하고 있는 양자암호는 양자컴퓨터의 연산 능력과 관계없이 높은 보안성을 보장할 수 있어서 조만간 현대 암호체계를 대체할 수 있을 것으로 보인다. 양자키 분배(QKD, Quantum Key Distribution) 기술은 양자암호의 상용화를 위해 반드시 갖추어야 할 핵심 기술로 꼽힌다. QKD 구현을 위해 해결해야만 하는 주요 기술 이슈는 두 가지가 있다. 첫째는 현재 약 100km내에서만 작동이 제한되는 통신거리이고, 두 번째는 일대일(1:1) 통신에서 일대다(1:N) 또는 다대다(N:N) 네트워크 통신으로 확장하는 것이다. 2018년에 발표된 TF(Twin-field) QKD는 기존 QKD 시스템의 통신거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 장거리 프로토콜로 주목받았다. QKD 시스템은 양자신호를 송수신부로 전송하는 과정에서 양자신호의 손실이 발생하는데, TF QKD는 수신자와 송신자가 양쪽에서 동시에 정보를 보낼 수 있고, 제 3자의 측정 장치를 중간에 추가하여 수신자 송신자가 중간까지만 정보를 송신하더라도 통신이 가능하게 하여 통신거리가 증가되는 효과를 가진다. 그러나 TF QKD 프로토콜의 검증은 시스템 개발 난이도가 매우 높아 세계적인 QKD 선도그룹에서만 성공하였고, 네트워크 통신 확장에 관한 연구는 미진한 상태이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 한상욱 단장 연구팀이 단일 광원을 사용하는 PnP 구조를 적용하여 TF QKD 시스템 작동에 필요한 난이도를 낮추는 것과 동시에, 1:1이 아닌 다대다 네트워크로 확장이 동시에 가능한 시스템 구조를 제안했다고 밝혔다. 이는 캐나다 토론토 대학에 이어 TF QKD 네트워크 실험 검증에서는 세계에서 두 번째로 성공한 것이다. 연구팀은 TF QKD 시스템의 개발 난이도를 개선하기 위해 플러그앤플레이 (Plug and play, PnP) 구조를 적용하였다. 기존 TF-QKD 시스템에서는 송수신자가 각각 양자신호로 두 개의 광원을 사용하였기 때문에 서로 다른 두 광원의 특성을 동일하게 만들기 위한 제어 시스템이 필요하다. KIST 연구팀이 개발한 PnP TF QKD 구조는 하나의 광원으로만 동작하여 제 3자의 측정 장치가 동일한 광원을 양쪽 송수신자에게 전달하고 그 광원을 활용하여 정보를 공유하는 시스템이다. 이러한 이유로, 동일한 양자 신호가 통신 채널을 왕복하기 때문에 채널에서 발생하는 편광 노이즈(잡음)가 자동으로 보상되는 특징을 가지고 있다. 연구팀은 또한 편광, 시간, 파장 분할 기술을 적용하여 2:N 네트워크로 확장 가능한 새로운 TF QKD 네트워크 구조를 제안하고 실험적으로 검증하였다. 이는 세계에서 두 번째로 TF QKD 네트워크 실험 검증에 성공한 사례이다. 최초의 연구사례는 링(Ring) 네트워크 구조인 반면 연구팀의 구조는 별(Star) 네트워크 구조이다. 링 구조는 양자신호가 링에 연결된 모든 곳을 지나야 하지만, 별 구조에서는 중심부만 거치기 때문에 보다 실용적인 QKD 시스템 구현이 가능하다. 연구를 주도한 양자정보연구단 한상욱 단장은 “QKD의 상용화를 가로막던 장거리, 네트워크 확장 두 가지 과제를 동시에 해결한 연구성과”라면서 “장거리 양자암호 네트워크 분야를 리딩할 수 있는 기반 기술을 확보했다는 것에 의의가 있다”고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 양자컴퓨팅기술개발사업, IITP 정보통신방송기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 ‘npj Quantum Informaion’ (IF: 7.385 JCR 분야 상위 4.054%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) 2×N twin-field quantum key distribution network configuration based on polarization, wavelength, and time division multiplexing - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박창훈 학생연구원 - (공동교신저자) 아주대학교 김상인 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 한상욱 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 2:N TF QKD 네트워크 구조 [그림 2] 실험 모식도

윤석진 KIST 원장 격화되고 있는 미·중 기술 패권전쟁의 대응책을 논의하는 회의에 얼마 전에 다녀왔다. 제시된 의견들은 새로울 게 없었다. 창의적이고 도전적인 연구 환경, 유니콘 기업을 육성할 혁신 생태계, 신기술을 따라잡지 못하는 법과 제도의 문제점이 열거됐다. 간섭 배제와 자율성 확대가 필요하다는 데는 모두가 의견을 모았다. 그러나 ‘그렇지만’이 발목을 잡았다. 자칫 배를 산으로 보낼 수도 있다는 우려였다. 결국 참지 못하고 기어이 한마디 하고 말았다. “이제 과학기술 배는 산으로도 가야 합니다.” 2년여 만에 코로나19 거리두기가 폐지됐다. 여전히 마스크를 써야 하는 불편은 있지만 코로나 시대가 이제 큰 전환점을 맞았다. 오랜만에 되찾은 여유를 역사물 드라마 ‘바이킹스’로 달랬다. 9세기 초·중반 덴마크와 스웨덴 일대를 다스렸다는 전설적인 바이킹 군주 라그나 로스브로크에 관한 이야기였다. 국내 첨단기술 선진국 60% 수준 ‘무모해도 탁월한 도전’ 늘어나야 바다의 무법자 바이킹의 활약 중에서도 파리 공략을 다룬 육로수송(Portage) 편이 가장 인상 깊었다. 센 강의 협로에서 요새와 쇠사슬에 가로막혀 후퇴하던 중 라그나 로스브로크는 뜻밖의 절벽으로 둘러싸인 곳에 배를 세운다. 다른 약탈할 정착지를 찾아야 한다는 참모들에게 그는 말한다. “그곳은 파리가 아니다. 배를 절벽 위로 올려 산을 넘는다. 파리로 간다” 육로 공략을 전혀 예상치 못했던 파리는 결국 포위되고 말았다. 1966년 당시 박정희 대통령은 과학입국의 기치 아래 KIST를 설립했다. 당시 세계 최빈국이던 우리나라의 그 선택은 국내외 경제학자들에게는 배가 산으로 가는 것처럼 보였을지도 모르겠다. 하지만 당장의 배고픔 해결 대신 미래를 선택한 지 반세기, 자원 부문에서 흙수저나 다름없던 악조건에도 우리는 이제 러시아·호주를 제치고 세계 10위의 경제 대국에 올라섰다. 그뿐만 아니라 21세기 문화강국 반열에 오르며 백범 김구 선생의 꿈마저 사실상 이뤄냈다. 영광스러운 오늘이다. 그럼 이제 충분한 걸까. 부모 세대보다 가난해질 것을 두려워해야 하는 미래 세대에겐 우리의 오늘이 디스토피아(Dystopia)일 수 있다. 지난해 말 과학기술정보통신부는 우리나라를 다시 반등시킬 ‘10대 국가 필수 전략기술’을 선정했다. 그 기술들은 좀 더 잘하면 되는 것이 아니라 앞서나가지 않으면 기술패권 경쟁에서 도태되는 원천기술들이다. 문제는 2차전지를 제외하면 인공지능(AI), 양자, 우주·항공 등 대부분의 기술 수준이 최고 기술 보유국의 60% 선에 불과하다는 사실이다. 변하지 않으면 내려갈 일만 남았다. 변화를 위한 첫걸음은 다시 한번 우리 연구자들에게 지금의 무모하지만, 미래의 탁월한 도전을 허락하는 일이다. 새로운 지평을 열 길은 제한 없는 아이디어와 이에 대한 지원이다. KIST는 지금 ‘98% 성공률’이 상징하는 위험회피형 연구개발의 관성에서 벗어나기 위해 혁신을 추진 중이다. 대단히 도전적인 목표에 도전하는 ‘그랜드 챌린지’(Grand Challenge)가 대표적이다. 선정된 과제는 과정의 우수성을 평가받게 된다. 실패를 두려워하지 않고 꼭 필요한 연구를 해내겠다는 소명에 찬 연구자를 응원하는 프로그램이다. 단 1~2점에 등급이 바뀌는 줄세우기식 평가는 과감히 폐지했다. 연구자가 대형 연구 주제에 도전하기 위해 개인평가의 유예를 신청할 수도 있게 했다. 게임 체인저 기술을 목표로 하는 연구자들에게 경쟁자는 옆 실험실의 동료가 아니라 오랜 시간 관련 연구에 평생을 바쳐 온 세계의 석학들이기 때문이다. “이미 충분히 잘하고 있다”며 혁신보다 편하고 익숙한 길을 권하는 지인들에게 이렇게 답하려 한다. “우리의 목표는 선진국 중의 하나가 아닙니다. 과학기술이란 배는 산으로도 가서 선도 국가로 가야 합니다.” 출처 : 중앙일보(https://www.joongang.co.kr/article/25067044#home)

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.

- 이오노머 미세다공성 구조에 영향 미치는 분산용매 파라미터 발견 - 고온, 무가습 조건에서 고분자전해질 수소연료전지 성능 향상 수소연료전지는 수소와 공기 중의 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 만들어내는 장치로, 공해 물질을 배출하지 않아 친환경 전원 공급 장치로 주목받고 있다. 다양한 방식의 수소연료전지 가운데 이온교환이 가능한 고분자 막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)는 비교적 무게가 가볍고 시동 시간이 빨라 가정용, 자동차용 전원으로 연구되고 있다. PEMFC는 작동 온도가 높을수록 전기화학 반응 속도가 빨라지고 불순물에 대한 높은 저항성을 갖기 때문에 고성능을 요구하는 트럭, 지하철, 기차, 비행기, 선박 등에 사용될 수 있다. 그러나 100℃ 이상의 고온에서는 고분자 내 수분이 증발하면서 이온전도도가 감소하는 것을 방지하기 위해 별도의 냉각 시스템이 필요하고, 이로인해 증가되는 무게는 PEMFC의 효율성 저하로 이어진다. 냉각 시스템 없이 PEMFC를 사용하기 위해서는 80~200℃의 고온·무가습 조건에서의 성능 개선이 필요한 상황이다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 이성수 박사팀이 로스알라모스 연구소 (LANL) 김유승 박사팀과의 공동연구를 통해 고분자전해질 연료전지의 성능향상에 핵심역할을 하는 이오노머의 미세다공성 구조를 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 포스폰산(RPO3H2)을 함유하는 고분자와 설폰산(RSO3H)을 함유하는 고분자를 조합하면 산의 세기가 더 센 설폰산의 수소가 포스폰산으로 전달되고, 양성자화된 포스폰산 이오노머가 형성된다. 이러한 복합 이오노머를 사용하면 물 없이도 이온전도가 가능하여 고온·무가습 조건에서 높은 수소연료전지 성능을 보이게 된다. 여기에 반응기체인 수소와 산소의 접근성을 높인다면 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다. KIST-LANL 공동연구진은 복합 이오노머가 미세다공성 구조를 가지도록 하여 반응기체의 접근성을 유도하였다. 연구진은 복합 이오노머의 미세다공성 구조는 이를 분산시킨 용매에 달려있으며, 특히 분산 용매의 pKa (산의 세기)와 포스폰산 이오노머 미세다공성 구조 사이에 직접적인 상관관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 고온-수소연료전지의 성능평가를 통해 복합 이오노머의 미세다공성 구조가 연료전지의 성능에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. KIST 이성수 박사는 “이번 성과는 고온-수소연료전지에서 이오노머 분산 용매의 pKa의 중요성을 발견한 것”이라며 “소형 이동 수단 뿐만 아니라 트럭이나 선박 등과 같은 대형 모빌리티로 수소연료전지의 활용처를 넓혔다”고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 미국 에너지부 Advanced Research Projects Agency-Energy, 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 소재혁신선도사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘ACS Energy Letters’ (IF: 23.101, JCR 상위 3.302%)에 게재되었다. * (논문명) Dispersing Agents Impact Performance of Protonated Phosphonic Acid High-Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정지윤 학생연구원 - (제 1저자) Los Alamos 연구소 임희은 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이성수 선임연구원 - (교신저자) Los Alamos 연구소 김유승 책임연구원 그림 설명 [그림 1] 이오노머 분산 용매에 따른 양성화된 포스폰산 필름의 모습과 전자현미경으로 살펴본 필름의 미세구조 및 원소 분석. [그림 2] 다양한 분산 용매로 처리된 MEAs(Membrane Electrode Assemblies, 막전극접합체)의 출력 밀도. 다공성도가 높은 유기용매로 성형한 MEA가 최대 출력 밀도를 나타냄.