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KERI·KIMS, 차세대 배터리 위한 '분무건조 건식 전극 제조기술' 공동 개발 [이코노믹데일리] 한국전기연구원(KERI)과 한국재료연구원(KIMS)이 고용량 이차전지 구현을 위한 ‘분무건조 기술 기반의 고성능 건식 전극 제조기술’을 공동 개발했다고 7일 밝혔다. KERI와 KIMS는 이차전지 건식 공정에 분무 건조 기법을 적용해 내부 물질 간 혼합을 최적화했으며 이를 통해 도전재 함량을 줄이고 활물질 비율을 늘려 고용량 이차전지를 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 분무 건조 기법은 식품이나 제약 업계에서 널리 사용될 정도로 양산성이 검증된 기술이다. 일반적으로 이차전지 전극은 전기에너지를 저장하는 '활물질'과 전기의 흐름을 돕는 '도전재' 그리고 접착제 역할을 하는 '바인더'를 섞어 제조하며 용매 여부에 따라 습식·건식 공정으로 나눠진다. 용매 없이 고체 상태의 파우더를 섞는 건식 공정은 습식 공정 대비 친환경적이고 에너지 밀도를 높일 수 있지만 기존에는 활물질·도전재·바인더를 균일하게 혼합하는데 한계가 있었다. 이번 기술을 개발한 연구진에 따르면 활물질과 도전재를 액체 슬러리 형태로 섞은 다음 유리관으로 된 고온의 챔버에 분사하면 챔버 내부의 높은 온도로 인해 용매가 순식간에 증발되며 고르게 혼합된 활물질-도전재 복합 분말을 얻어낼 수 있다. 이는 커피 농축액을 분사하면서 뜨거운 바람을 가해 고체 형태의 분말을 얻는 커피믹스 대량생산 방식과 동일한 공법이다. 공동 연구진은 다수의 실험을 통해 도전재 함량을 기존 건식 전극 문헌에 보고되는 2~5%에서 0.1% 수준까지 획기적으로 낮췄다. 활물질 함량은 세계 최고 수준인 98%까지 끌어올리는 데 성공했다. KERI 차세대전지연구센터 황인성 선임연구원은 "분무 건조 기법을 통해 전극 내부 소재들을 최적의 형태로 조합해 에너지 밀도와 성능 향상에 기여할 수 있게 됐다"며 "이번 연구 성과는 전고체전지나 리튬황전지 등 차세대 전지 분야에 모두 적용될 수 있다는 점에서 파급력이 크다"고 말했다.2025-04-07 11:23:18
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웨어러블 전자기기의 새 시대… 한국전기연구원, 고에너지 경량 와이어 개발 [이코노믹데일리] 한국전기연구원(KERI) 나노융합센터 한중탁 박사팀이 기존 합성섬유 공정 방식을 그대로 활용해 웨어러블 전자기기의 근간인 고강도·경량화 기능성 와이어를 제조하는데 성공했다고 17일 밝혔다. 한중탁 박사팀은 단일벽 탄소나노튜브(CNT)를 활용한 고에너지 경량 와이어를 개발했다. CNT는 강철의 100배 강도를 가지며 구리에 버금가는 전기 전도도를 가진 신소재다. 이 소재는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 원통형 모양을 이루고 있어 유연성이 뛰어나고 에너지 밀도를 크게 높일 수 있다. 때문에 이 소재를 사용하면 전자기기에 사용되는 구리의 양을 크게 줄일 수 있다. 연구팀은 이번 연구에서 CNT가 응집하려는 성질이 강하고 분산이 어려워 전자기기에 도입이 어렵다는 문제를 해결하기 위해 노력을 기울였다고 설명했다. 먼저 소량의 강산과 첨가제를 반죽해 저온에서 일정 시간 보관한 후 '산화 그래핀(흑연)'을 첨가해 작은 실처럼 분사하면 상호 수소 결합에 의해 거미줄처럼 하나의 가닥으로 모여 기능성 와이어가 제조된다. 특히 이러한 공정을 통해 CNT 표면에 용매와 잘 결합하게 만들어주는 '산소 기능기'를 만들었다는 점이 특징이다. 이번에 개발한 CNT 와이어는 건국대와의 공동연구를 통해 성능 검증을 거쳤다. 한국재료연구원에서는 와이어를 직물 형태로 제작해 성능을 평가했고 건국대 연구팀에서는 유해가스 유무를 판단하는 가스 센서 성능을 검증했다. 이 기능은 소방대원의 화재 진압이나 국방 분야 등 스마트 의류에 적용 시 효과적일 것으로 기대된다. 한중탁 KERI 박사는 "CNT와이어를 통해 가볍고 오래 사용할 수 있는 웨어러블 전자기기 산업 발전을 이끌겠다"며 "꾸준한 연구로 전기차나 드론 등 미래 모빌리티 분야에서도 구리 와이어를 대체해 경량성과 에너지 효율을 크게 높이겠다"고 말했다.2025-03-17 09:37:08
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한국전기연구원, 맥신 활용한 초고해상도 3D 프린팅 기술 개발 [이코노믹데일리] 한국전기연구원 스마트3D프린팅연구팀의 설승권 박사팀이 꿈의 신소재로 불리는 '맥신(MXene)'을 활용해 고해상도의 3D 미세 구조물을 인쇄하는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 설승권 박사팀은 메니스커스 방식을 활용해 낮은 점도로도 고해상도 미세 구조물을 인쇄할 수 있는 3D 프린팅용 나노 잉크를 제조했다. 메니스커스 방식은 물방울 등을 일정 압력으로 지그시 누르거나 당기면 모세관 현상에 의해 물방울이 터지지 않으면서 외벽에 곡면이 형성되는 현상이다. 맥신은 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노 물질로 높은 전기 전도성과 전자파 차단 능력을 보유하고 있으며 여러 금속 화학물과의 조합이 용이해 고효율 배터리나 전자기 차폐(shield) 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 하지만 맥신을 3D 프린팅에 사용하려면 별도의 첨가제(바인더)가 필요하며 인쇄에 적합한 최적의 농도로 조절해야 하는 어려움이 있었다. 맥신의 공급량이 많으면 잉크가 노즐을 막고 양을 줄이면 구조물 인쇄가 어려운데다가 첨가제로 인해 맥신 본래의 성질이 손상되기 때문이다. 이번 기술을 사용하면 첨가제 없이 맥신의 특성을 최대한 활용할 수 있으며 결과물이 머리카락 굵기의 100분의1 수준으로 기존 기술 대비 270배 높은 1.3㎛의 인쇄 해상도를 가진다. 이에 따라 3D 인쇄 구조물의 전기·전자 소자의 성능과 활용성도 커졌다. 특히 배터리 등 에너지 저장 장치(ESS )등에 활용하면 구조물의 표면적과 집적도를 높여 이온 전달 효율을 높이고 에너지 밀도를 늘릴 수 있다. 또한 센서의 민감도와 효율을 높일 수 있으며 내부의 다중 반사와 흡수 효과를 증폭해 전자기 차폐 성능을 높일 수도 있다. 설승권 박사는 "이번 기술을 사용하면 별도의 첨가제나 후처리 공정 없이 고강도·고정밀 3D 마이크로 구조물을 얻을 수 있다"며 "맥신 잉크의 농도 조건을 최적화하고 인쇄 공정에서 발생하는 매개변수를 분석하는 데 많은 노력을 기울였다"고 말했다.2025-03-10 09:24:53
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전기차 및 충전 업계·기관과 기술 협력 강화… KERI, 글로벌 상호운용성 시험센터 추진 [이코노믹데일리] 한국전기연구원(KERI)이 '글로벌 상호운용성 시험센터'를 추진하는 등 국내외 기관·기업 간의 협력을 통해 전기차 및 충전기 기술 협력 역량을 강화할 계획이다. KERI는 6일 오후 경기 안산시에 위치한 분원에서 전기차 충전 분야 발전을 위한 기관·기업 다자간 협약식을 진행하고 이 같이 밝혔다. KERI는 전력기기 국제 공인 시험인증기관이며 이번 협약식을 통해 전기차·충전기 협력 업체들을 지원하고 제품 간 상호운용성을 제한 없이 테스트하기 위한 환경을 마련할 계획이다. KERI와 한국스마트그리드 협회는 이날 △KG모빌리티 △현대케피고 △SK시그넷 △EVSIS △채비 △모트렉스 △GS차지비 △LGU+볼트업 △KEVIT 등 전기차 및 충전 관련 9개 기업체와 '글로벌 상호 운용성 시험 센터의 구축 및 운영을 위한 협약'을 체결했다. 글로벌 상호운용성 시험센터는 전기차 완성차 업체, 충전기 제조사, 충전 서비스 사업자 등 모든 이해관계자가 함께할 수 있는 구심점이 될 전망이다. 전기연구원 관계자에 따르면 상호운용성은 서로 다른 제조사의 전기차와 충전기가 충전할 때도 문제가 발생하지 않도록 한다는 측면에서 중요하며 양방향 충전(V2G), 전기차 인증서 기반 자동 충전(PnC) 등 기술이 발전할수록 더 중요해진다. 연구원 관계자는 "현재 충전기 규격 표준화는 국제전기기술위원회(IEC)에서 담당하는 반면 전기차 규격 표준화는 국제 표준화 기구(ISO)에서 담당하고 있으며 기업 간 규격의 해석 여지가 다양해 같은 규격이라도 제품의 차이가 일부 발생할 수 있다"며 "업계 내 표준이 될 만한 좋은 사례를 공유하고 유관 업체가 제한 없이 실험할 수 있는 환경을 마련할 계획"이라고 밝혔다. 또한 KERI는 서울에너지공사, 제주에너지공사, 한국스마트그리드협회와 '인공지능(AI) 기반 충전 신기술 실증 및 충전기 유지 관리 고도화를 위한 업무 협약(MOU)'를 체결했다. 이에 따라 4개 기관은 △전기차 충전 신기술 적용을 위한 상호 기술 검토 및 실증 협력 △전기차 충전기 유지 관리 및 현장 점검을 통한 인프라 개선 사항 도출 협력 △전기차 충전기 개선방안 및 결과물 확산을 위한 국내 지원 활동 수행 △기타 전기차 충전 인프라 관련 협력사업 공동 발굴 등에 나선다. KERI는 이날 협약을 맺은 기업들은 물론 현대차, 벤츠 코리아와 같은 업계 선두주자들을 회원사로 확보하고 있으며 전기차 및 충전기 기술 발전을 위해 앞으로도 협업 기관과 기업을 꾸준히 발굴할 계획이다. KERI 김남균 원장은 "전기차와 충전기가 하나의 시스템으로 발전해야 하는 만큼 관련 기관과 기업이 협업해서 시장 발전을 이끌어야 한다"며 "안정적인 시험인증 환경을 구축해 국내 전기차와 충전기 업체들의 기술력 및 경쟁력을 높이도록 지원하겠다"고 말했다.2025-03-06 16:51:26
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한국전기연구원, '펄스파워 제어용 반도체 스위치' 개발…세계 연구기관 주목 [이코노믹데일리] 한국전기연구원(KERI)은 '펄스파워 제어용 반도체 기반 대용량 스위치'기술이 미국 오크리지국립연구소(ORNL)과 스탠퍼드대학 국립 가속기연구소(SLAC) 등 글로벌 최정상급 연구기관들의 주목을 받고 있다고 24일 밝혔다. 반도체 소자 기반 대용량 스위치는 정격 전압·전류가 낮은 반도체 소자를 쌓아 동시 구동하는 방식으로 기술 난이도가 높아 개발 및 실증에 어려움이 많았다. 정밀한 설계가 요구되며 각 소자에 전압과 전류를 고르게 분포하는 '밸런싱 기술'과 여러 소자를 동시에 켜고 끄는 '동기 구동 기술' 등이 필요하기 때문이다. KERI 전기물리연구센터 장성록 박사팀은 수천 개의 반도체 소자가 필요한 해외 기술과 달리 수십개의 저전력 스위칭 소자만으로 이번 기술을 구현했다. 소자 개수가 적은만큼 유지보수가 쉽고 상용화에 유리하며 소자들을 직·병렬 구조로 조합할 수 있어 맞춤형 설계도 가능하다. 연구진에 따르면 스위치가 견딜 수 있는 최대 전압과 전류는 각각 50kV, 10kA이며 해외 기업들의 평균 개발보다 1년 6개월 빠른 2년 만에 개발됐다. 이 기술은 포항가속기연구소와 동남권원자력의학원과 협력해 실증까지 마친 상태다. 업계에서는 대부분 최대로 견딜 수 있는 정격 전압·전류가 높고 비교적 설계가 간단한 기계적 가스식 스위치를 사용해왔지만 고장이 잦으며 펄스파워 제어 정밀도에 한계가 있었다. 또한 주요 응용 분야인 가속기에 적용하면 2~3년마다 70억원 이상의 교체 비용이 발생해 차세대 기술의 필요성이 제기돼왔다. 펄스파워 제어용 대용량 스위치는 순간적인 힘으로 입자를 빠르게 움직이는 가속기, 탄환을 쏘는 레일건, 멀리까지 전파를 쏘는 레이더 등의 분야에서 주로 활용되며 이외에도 핵융합, 반도체 공정 등 다방면에서 활용이 가능하다. 펄스파워는 낮은 전력으로 에너지를 충전한 후 높은 전력으로 순간 방전하는 기술을 말한다. 이 기술을 개발한 장성록 박사팀은 오는 3월 중 미국 현지에서의 실증을 통해 기술 신뢰도를 높일 계획이다. 장성록 KERI 전기물리연구센터장은 "전 세계 대용량 스위치의 시장 규모가 9조4000억원에 이른다"며 "이미 전세계에서 KERI의 성과를 주목하고 있으니 해외 시장을 선점해 좋은 결과를 만들겠다"고 말했다.2025-02-24 13:55:31
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