- 2일(화), 송곡 최형섭 박사 탄신 100주년 기념 심포지움 개최 성료 - 한국 과학기술발전 토대 마련한 최형섭 박사의 공적과 정신 되새겨 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 11월 2일(월) 서울 성북구 KIST 본원에서 故 송곡 최형섭 박사 탄신 100주년을 맞아 주요 외빈과 초기 유치과학자 및 임직원들이 참석한 가운데 기념 심포지엄을 성료했다고 밝혔다. 이번 심포지움은 한국 과학기술의 기틀을 세운 故 송곡 최형섭 박사(1920.11.2 ~ 2004.5.29)의 탄신 100주년을 기념하여, 국가발전에 기여한 공적과 그 정신을 되새기고 이를 널리 알리고자 개최되었다. 이번 행사는 과학기술정보통신부가 후원하고 KIST, STEPI, 한국과학기술단체총연합회(KOFST)가 공동 주최로 열렸다. 특히 STEPI의 438회 과학기술정책포럼과 연계한 이번 심포지엄은 온라인 생중계로 진행되었으며, 일반인들도 아래 링크*를 통해 업로드된 영상 시청이 가능하다. *심포지엄 영상 링크 : https://www.youtube.com/channel/UC5Nsv1nZdcK0uJmLxtQL0Tg/videos?app=desktop 아울러 행사는 윤석진 KIST 원장의 개회사를 시작으로 조황희 STEPI 원장, 이우일 과총 회장, 박호군 KIST 연우회장의 환영사로 이어졌으며, 이원욱 과학기술정보통신방송위원회 위원장과 용홍택 과학기술정보통신부 연구개발정책실장의 축사가 진행되었다. 이날 심포지엄은 문만용 전북대학교 교수의 ‘한국 과학기술의 설계자, 최형섭 박사’ 발제를 시작으로, 염재호 前 고려대학교 총장의 ‘최형섭 박사의 리더십과 한국의 미래’라는 주제발표가 진행되었으며, 매년 故 최형섭 박사의 기일에 한국을 방문해 참배를 드리는 각별한 인연의 히라사와 료 도쿄대 명예교수가 영상을 통해 고인을 회고했다. 이후 패널토론은 박원훈 KIST 前 원장을 좌장으로, 앞서 발표한 발제자들을 포함해 최영락 前 STEPI 원장, 이석봉 ㈜대덕넷 대표, 최형섭 서울과기대 교수, 김은영 前 KIST 원장, 구종민 KIST 책임연구원이 참석하여 故 최형섭 박사의 발자취와 우리나라 과학기술의 미래에 대한 토론을 진행했다. KIST 윤석진 원장은 이번 ‘故 송곡 최형섭 박사 탄신 100주년 기념 심포지엄’을 통해 “故 최형섭 박사가 우리나라 과학기술 발전에 기여한 공적, 그분의 철학, 열정을 되새기는 자리가 되었으며 한다. 나아가 현 세대 연구자들에 그의 정신이 이어져 미래를 여는 연구에 큰 동기 부여가 되길 바란다.”고 밝혔다. 한편, 1920년 11월 2일 경상남도 진주에서 태어난 송곡 최형섭 박사는 초대 한국과학기술연구소장을 맡아 한국과학기술 여명기 개척자의 소임을 다한 과학자이다. 美 미네소타 대학 공학박사 학위를 받고, 한국과학기술연구소(당시 KIST) 초대 소장, 과학기술처 장관으로 최장수(7년간) 재직하면서 우리나라 과학기술 개발이론과 정책의 터전을 닦았다. 이후 한국과학기술단체총연합회 회장을 역임하였으며, 2004년 5월 29일 대전 현충원에 영면하였다. 평생 동안 과학기술인으로 달성한 위업으로는 ‘불이 꺼지지 않는 연구소’외 12권의 저서와 금속공학, 과학기술정책 분야에서 120편의 논문을 저술하였다. 1996년 국민훈장 무궁화장을 수여받았다. 특히 그가 평소에 자주 언급한 “부귀영화와 직위에 연연하지 말고, 시간에 초연해 연구에 몰입하고, 아는 것을 자랑하는 것이 아니라 모르는 것을 반성하라.”와 연구자의 덕목은 현 세대의 연구자들의 귀감이 되고 있다.

KIST 광·전자재료센터 김일두 박사팀이 팔라듐 촉매가 균일하게 첨가된 산화주석(SnO2) 센서소재를 1차원 나노섬유 형상으로 손쉽게 제조하는 기술을 확보하고 이를 50ppb의 수소 농도를 감지할 수 있는 수소센서에 적용하는데 성공했다. 가스센서는 센서 소재의 표면에 유해환경가스(일산화질소, 일산화탄소, 아황산가스 등)들이 흡착될 때, 전기전도도 값이 변화되는 원리로 동작되는 환경진단 소자이다. 특히, 팔라듐, 백금과 같은 금속촉매가 센서소재의 표면에 첨가되면 전기전도도의 변화가 더욱 크게 관찰되어 감도 특성이 우수한 센서를 제조할 수 있게 된다. 이번에 개발된 가스센서는 300nm 직경을 가지는 나노섬유들의 웹을 센서소재로 이용하여 표면적이 매우 넓고 섬유 사이의 열린 기공을 통해 유해 가스들이 빠르게 이동할 수 있어 높은 감도와 빠른 감지 특성이 동시에 가능한 장점이 있다. 기존의 반도체 공정을 이용하여 제조된 박막형 센서 또는 나노입자를 적층해 만든 센서는 치밀한 구조와 제한된 표면적을 갖고 있어 ppb급의 센서 적용에 한계가 있었다. (*ppb : parts per billion의 약칭. 10억분율. 1t에 1mg 함유되어 있을 때 1ppb에 해당.) 섬유 형상을 쉽고 빠르게 생산해 낼 수 있는 전기방사 기술로 제조된 나노섬유 센서는 50ppb 급의 수소농도에서도 35%의 전기전도도 변화가 관찰되었으며, 1ppm의 수소농도에서 300%의 전기전도도 변화가 관찰되어 우수한 수소 감지 특성을 보였다. 김 박사팀이 개발한 나노섬유 가스센서의 원천제조기술은 2008년기업에 기술이전 되어, 자동차용 AQS(Air Quality Sensor) 가스센서 개발을 진행 중에 있다. 또한, 최근에는 나노섬유 제조시 촉매 전구체를 손쉽게 첨가하여 감지물질의 결정도와 입자 크기를 자유롭게 조절할 수 있는 기술을 확보하여 한국과 미국 특허 출원을 진행 중이다. 김일두 박사는“촉매가 첨가된 1차원 나노섬유를 가스센서의 감지소재로 이용함으로써, ppb 급의 농도를 가진 극미량의 수소 및 NO2 등 유해 환경가스를 조기에 감지함으로써, 초고감도 감지 성능을 가진 센서의 제조가 가능해졌다”며,“자동차 및 실내환경 감지 뿐만아니라 모바일 및 유비쿼터스형 환경센서 분야에 특히 활용가치가 높을 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 신소재 응용 분야의 국제저널인 ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS(Impact Factor: 6.99) 12월16일자 표지논문으로 게재됐다.

지난 7월 13일, 수원시 이의동에 위치한 한국나노기술원(KANC)에서 나노양자정보연구센터 개소식이 열렸다. 나노양자정보센터는 양자암호시스템의 핵심기술에 대한 공동 연구를 본격적으로 추진 할 계획이다. 현재 국내에서 사용되고 있는 암호체계는 미국에서 개발되어 수출이 허용된 암호체계로, 수학적 기교에 의존하기 때문에 도청에 취약하다. 이에 비해 양자암호 체계는 자연 현상인 양자(Quantum)의 복제 불가능 원리를 기반으로 하고 있기 때문에 도청이 불가능한 완벽한 암호체계로 평가받고 있다. 나노양자정보연구센터(센터장 문성욱)는 세계 최고 수준의 양자정보 기술 개발을 위해 KIST 내에 올 2월에 신설되었으며, Quantum System 및 Quantum Device 개발 연구를 수행 중에 있다. 이번 센터의 확장 이전을 통해 한국나노기술원이 보유중인 최첨단 나노공정 기술을 이용하여 Quantum System의 핵심 부품을 공동 개발함으로써 Quantum 연구의 시너지를 불러일으킬 수 있을 것으로 기대된다. 이번 공동연구에서 KIST 나노양자정보연구센터는 단일광자 검출 소자의 설계 및 평가를, 한국나노기술원은 핵심 부품 소자인 APD 공정기술 개발을 담당한다. 양 기관은 이번 연구가 세계 수준의 양자암호체계의 핵심 기술 개발을 통해 국가 중요 기반 기술의 종속 문제를 해소하고 더 나아가 정보보안 및 차세대 초고속 광통신망 개발에 이르기까지 다양한 분야에 적용 가능한 주요 기술들을 개발할 수 있을 것이라 기대하고 있다. 또한 지속적인 협력 관계를 구축해 추후 최첨단 반도체 공정 기술을 활용한 다양한 공동 연구를 수행할 예정이다. 문성욱 박사는 개소식에서 "향후 박사급 인력 5~6명, 학생 연구원 30여명 규모의 센터로 확장해, 세계 최고 수준의 Quantum 기술을 개발하고 관련 기술을 선도하는 센터로 만들어 가겠다."는 청사진을 제시했다.

- 2021 노벨 화학상 수상자 데이비드 맥밀런 교수 KIST 방문 - 벨실부터 노벨상 수상까지, 연구자로서의 경험 공유 2021년 노벨 화학상 수상자가 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)과 특별한 만남을 가졌다. KIST는 작년 노벨 화학상을 수상한 데이비드 맥밀런 (David MacMillan) 미국 프린스턴 대학교 화학부 교수가 5월 9일(월) 서울 성북구 KIST 본원에서 특별강연을 성료했다고 밝혔다. 맥밀런 교수는 비대칭 유기촉매 반응(Asymmetric Organocatalysis)을 개발한 업적으로 벤자민 리스트 독일 막스플랑크 연구소 소장과 함께 2021년 노벨 화학상을 공동수상했다. 비대칭 반응은 거울상 이성질체를 선택적으로 합성할 수 있는 반응으로 두 연구자들은 유기물질로만 이루어진 비대칭 촉매를 독립적으로 개발해 거울상 이성질성이 조절된 화합물을 친환경적으로 합성하였다. 거울상 이성질성은 유전자(DNA)나 단백질 등 생체물질을 타겟으로 하는 의약품 개발에 매우 중요하기에 의약품 개발 연구에 큰 영향을 준 공로를 인정받아 노벨 화학상을 수상했다. 이날 특별강연은 맥밀런 교수의 연구자로서의 성장기와 경험을 KIST 연구원들과 공유하기 위해 개최되었다. 맥밀런 교수는 「From Bellshill, Scotland to the Nobel Prize」을 주제로 강연을 진행한 후, 김지인(Jean Kim) 미국 Kadmon사 신약개발 부사장이 진행하는 세미나에 참석했다. 특별강연에는 KIST 및 인근 대학·출연(연)의 관련 분야 종사자가 참여하였으며, 세미나에는 20여명의 KIST 연구자들이 참여하였다. KIST 윤석진 원장은 이번 특별강연을 통해 “분야 최고의 석함임을 인정받은 노벨상 수상자와의 만남이 연구자들에게 있어 실패를 두려워하지 않고 대단히 도전적인 목표에 과감히 도전할 수 있는 계기가 되기를 바란다.”고 밝혔다. 한편, 데이비드 맥밀런 교수는 1968년 영국 벨실에서 태어나, 1996년 미국 어바인의 캘리포니아 대학교에서 박사학위를 받았다. 이후 미국 캘리포니아 공대를 거쳐 2006년부터 미국 프린스턴 대학교에 재직하고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 9월 26일(월) 2016년 말로 임기가 만료되는 데니스 최(Dennis W. Choi) 뇌과학연구소장의 후임으로 서울대학교 약학대학 오우택 교수를 영입하였다고 발표했다. 오우택 교수는 미국 오클라호마대 의과대학에서 생리학 박사를 받고 텍사스주립대 의과대학에서 박사 후 과정을 마쳤다. 오 교수는 신경과학분야의 세계적인 귄위자로 2010년 대한민국최고과학기술인상을 수상하였고, 최근 근육길이 변화를 감지하는 텐토닌3 유전자를 발견하는 등 연구성과창출에 매진하고 있다. 또한, 오 교수는 제2차 뇌연구촉진 기본계획 추진위원회 위원장, 한국뇌신경과학회장 등을 역임하였으며, 현재 한국파스퇴르연구소 이사장과 한국뇌연구협회장 등을 맡고 있다. KIST는 미래창조과학부(장관 최양희)가 올해 5월 발표한 국가적 차원의 ‘뇌과학 발전전략’에 발 맞추어 뇌연구 분야의 연구역량 강화를 추진하고 있으며, 그 일환으로 오 교수의 영입을 적극 추진해 마침내 결실을 맺게 되었다. 오 교수는 2015년부터 KIST 뇌과학연구소 자문위원회 위원장으로 활동하고 있어 구성원 및 연구내용에 대한 이해도가 높고, 풍부한 연구경험을 바탕으로 KIST가 지향하는 융복합 뇌연구의 진행에 큰 도움을 줄 수 있을 것이라는 기대를 받고 있다. KIST 이병권 원장은 “KIST의 개방？융합 플랫폼 역할 강화를 위해 2013년 데니스 최 소장에 이어 오우택 교수님을 뇌과학연구소장으로 모시게 되었다. 2000년대 초반부터 국내 뇌연구 분야를 선도하고 있는 KIST 뇌과학연구소가 오 교수의 영입으로 한 단계 더 도약하는 계기를 마련할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 신임 소장의 임기는 2017년 1월 1일부터 시작되며, 2016년 말로 임기를 마치는 데니스 최 現 KIST 뇌과학연구소장은 그 이후에도 뇌과학연구소 자문위원으로 계속 활동할 예정이다. ○ 문의 - KIST 뇌과학연구소 운영기획팀 원세환 팀장 (TEL. 02-958-6123, C.P : 010-6250-3725, sehwan@kist.re.kr)

선택과 집중을 통해 연구역량을 결집함으로서 세계적 수준의 연구 성과를 창출하기 위해 추진하고 있는 정부출연(연) Top Brand 8개 우수사례 발표회에서 KIST 뇌연구 프로젝트인 ‘Brain K' 가 최우수상으로 선정되었다. 과학기술부는 지난 4월 26일 서울 코엑스 그랜드볼륨에서 ‘2007 출연(연)과 함께하는 업무보고’ 행사에 이어 ‘Top Brand Project 우수사례 발표회’를 가졌다. 이번 행사에 김우식 부총리 겸 과학기술부 장관을 비롯하여 3개 연구회 이사장, 35개 출연연구기관장 등 250여명이 참석하였다. 이번 8개 우수사례에서 한국과학기술연구원 ‘Brain K’, 한국생산기술연구원 ‘Cyber ⓔngineer U24' 가 Top Brand 프로젝트 중에서 최우수상으로 선정되어 과학기술부총리 상과 4억원의 연구비가 수여되었다. Top Brand 프로젝트는 과학기술부가 지난해 7월 33개 출연연구기관에서 71개 Top Brand를 선정하여 추진하고 있으며, 향후 10년간 총 3조 7천억 원의 연구비가 지원될 계획이다.

선택과 집중을 통해 연구역량을 결집함으로서 세계적 수준의 연구 성과를 창출하기 위해 추진하고 있는 정부출연(연) Top Brand 8개 우수사례 발표회에서 KIST 뇌연구 프로젝트인 ‘Brain K' 가 최우수상으로 선정되었다. 과학기술부는 지난 4월 26일 서울 코엑스 그랜드볼륨에서 ‘2007 출연(연)과 함께하는 업무보고’ 행사에 이어 ‘Top Brand Project 우수사례 발표회’를 가졌다. 이번 행사에 김우식 부총리 겸 과학기술부 장관을 비롯하여 3개 연구회 이사장, 35개 출연연구기관장 등 250여명이 참석하였다. 이번 8개 우수사례에서 한국과학기술연구원 ‘Brain K’, 한국생산기술연구원 ‘Cyber ⓔngineer U24' 가 Top Brand 프로젝트 중에서 최우수상으로 선정되어 과학기술부총리 상과 4억원의 연구비가 수여되었다. Top Brand 프로젝트는 과학기술부가 지난해 7월 33개 출연연구기관에서 71개 Top Brand를 선정하여 추진하고 있으며, 향후 10년간 총 3조 7천억 원의 연구비가 지원될 계획이다.

- 제1회 UK-KIST Aging Brain and Dementia Symposium 개최 - 영국 석학 초청강연 및 뇌질환 최신 동향 교류를 통한 해결방안 모색 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 2017년 10월 18일(수) KIST 본원에서 영국 옥스포드, 캠브리지, 브리스톨 대학의 교수 및 우수 연구원 4명을 초청하여 KIST 연구원, 국내·외 뇌과학연구자 등 100여명이 참석한 가운데 ‘UK-KIST Aging Brain and Dementia Symposium’을 개최했다. KIST 뇌과학연구소(KIST-BSI, 소장 오우택)에서 주최하고 후원하는 이번 행사에는 세계적인 관심사로 떠오른 퇴행성 뇌질환을 비롯한 뇌의 노화 현상에 대한 치료 방안 모색과 이를 뒷받침하는 기초 뇌기능 및 뇌질환에 대한 최신 연구동향 교류와 토론의 장이 펼쳐졌다. 특히 이번 행사에는 신경세포 퇴화와 알츠하이머병 전문가인 피터 조지-히슬롭(Peter St. George-Hyslop) 캠브리지대 교수를 비롯하여, 영국의 퇴행성 신경질환 분야의 대표적인 석학들과 국내 뇌질환 분야의 권위 있는 연구자들이 참여하여 최신 연구 성과를 발표했고, 지속적으로 공동연구 방안을 모색할 예정이다. 또한 이번 심포지엄은 연구자들의 세션 발표뿐만 아니라 ‘뇌 노화 연구의 도전: 연구실로부터 임상까지 적용 가능한 새로운 아이디어 도출’ 이라는 주제로 진행된 패널 토의 순서를 통해 발표자와 심포지엄에 참석한 연구자들 간의 활발한 의견교환이 이루어졌으며, 향후 공동연구 결과를 바탕으로 노화 관련 치료제 개발을 위한 개방형 연구체제를 마련할 것으로 기대하고 있다. KIST 오우택 뇌과학연구소장은 “이번 심포지엄을 통해 KIST가 영국과의 우수한 인재들의 활발한 교류 및 공동연구를 활성화할 수 있는 계기가 되고, 향후 양국의 공동 연구로 개발한 신규 기술이 국제시장 진출에 실질적인 도움이 되는 성과가 나오길 기대한다”고 밝혔다.

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진

- 벌집 모양의 그래핀/전극 소재를 아코디언처럼 구부린 구조로 신축성 확보 - 신축성 젤 전해질과 차단막까지 함께 개발, 향후 신축 웨어러블 전자기기에 응용 국내 연구진이 단단하지 않고 유연하여 늘릴 수 있는 리튬 이온 배터리를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 기존의 배터리 전극이 늘어날 수 있도록 전극 소재만으로 신축성 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 패키징을 결합시켜 신축성을 가지면서도 높은 용량을 가지는 리튬 이온 배터리를 제작했다고 밝혔다. 전자 산업의 급속한 발전으로 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기의 시장이 빠르게 커짐에 따라 에너지를 저장하는 부분도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 하지만 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 만드는 것이 매우 힘들고, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하며 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 하므로, 늘어나는 배터리를 구현하는 기술은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. KIST 손정곤 박사 연구팀은 신축성이 없는 소재에서 구조적으로 신축성을 가지는 아코디언의 구조에 주목하여, 안쪽으로 구부러진 마이크로 크기의 벌집 모양 전극 구조체를 제작하고자 하였다. 입자 형태의 단단한 배터리 양극/음극 활성 소재 각각을 잘 잡아 주면서도 전도성이 매우 높은, 보자기 역할을 하는 원자 두께의 그래핀과 나노 크기의 노끈인 탄소 나노튜브를 복합화하여 벌집 구조의 뼈대를 제작했다. 이렇게 만든 벌집 모양의 활성 소재/그래핀/탄소나노튜브 복합 구조체를 김밥을 말 듯 압축하는 공정을 통해 아코디언처럼 굽어지게 하여 늘어날 수 있게 했다. 연구진이 개발한 전극은 신축성을 위해 별도의 고무와 같은 에너지 저장에 의미 없는 소재를 첨가한 것이 아닌, 모든 소재가 에너지 저장과 전하 전달에 참여한다. 이 배터리는 기존의 늘어나지 않는 배터리 수준의 우수한 에너지 저장 용량(5.05 mAh/cm2)을 보였다. KIST 연구진은 제작한 구조체에 신축성 젤 전해질과 공기와 수분을 차단하며 전해질이 새지 않게 하는 늘어나는 패키징 소재를 같이 조립하였다. 이를 통해 배터리를 구성하는 모든 부분에서 50% 이상의 높은 신축성 및 500번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 개발에 성공했다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구를 통해 개발한 신축성 리튬 이온 배터리는 최근 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에서 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템으로서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.903)최신호에 게재되었다. * (논문명) Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-Entrant Micro-Honeycomb Electrodes and Crosslinked Gel Electrolyte - (제1저자) 한국과학기술연구원 강슬기 석사과정(현, 전자부품연구원) - (제1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 그래핀 용액을 얼음 기둥을 통해 그래핀 벌집 구조체를 제작한 후에, 이를 김밥을 마는 듯한 전방향 압축 공정을 통해 안쪽으로 굽어진 늘어나는 배터리 전극 구조체를 제작하고 신축성 젤 전해질과 신축성 패키징을 통해 신축성 배터리를 제작하는 공정에 대한 모식도 [그림 2] (a) 신축성 배터리 전극, 신축성 젤 전해질 및 부틸 고무 패키징에 기초한 모든 구성 요소가 늘어나는 신축성 배터리의 조립 된 셀의 개략도. (b) 0%에서 50%까지 다양하게 변형을 가하는 환경과 오랜 충방전 실험 하에서도 큰 특성 변화가 없는 신축성 배터리의 에너지 저장 용량 (c) 0%와 50 % 변형을 반복적으로 500번 수행하였을 때 측정된 저장 용량 변화. (d) 신축성 배터리에 의해 연신 및 신축 된 (50 % 변형률) 상태로 작동되는 발광 다이오드 전구의 사진