Total 엔지니어링을 지향하는 (주)선강엔지니어링

전기설계 및 감리분야의 독보적인 기업으로 발돋움하다!

ICT를 이용한 마이크로 그리드를 기반으로 성장해 온 (주)선강엔지니어링이 에너지저장장치(ESS)와 전기자동차충전 시스템을 포함한 스마트그리드 시스템으로 영역을 확장하면서 제2의 도약기를 맞이하고 있다. 본지는 오랜 경험과 축적된 노하우를 바탕으로 고객의 요구사항을 충족하는 동시에 글로벌 기업으로 발돋움하고 있는 (주)선강엔지니어링 권병무 부사장을 만나 동사의 숨은 경쟁력과 향후 전략을 들어봤다.

취재 이예지 기자(press5@engnews.co.kr)

▲(주)선강엔지니어링 견병무 부사장

전기설계·감리 분야의 선두두자 (주)선강엔지니어링

1986년 7월 설계전문회사 화인엔지니어링으로 출발한 (주)선강엔지니어링(이하 선강엔지니어링)은 전기설계와 감리분야에서의 오랜 경험과 축적된 기술을 바탕으로 탄탄한 중소기업으로 자리매김 하고 있다.
특히 동사는 전기안전진단, 태양광발전, 연료전지, LED, 신재생에너지 및 경관조명분야에서 다양한 이론과 실무경험을 바탕으로 전기설비 설계 및 감리분야뿐만 아니라 전기설비분야 및 안전진단업무, 전자 및 통신설비 관련 설계까지 영역을 확대하면서 고객 맞춤형 서비스를 제공하고 있다.
또한 선강에스지(주)(설계 및 감리회사), 가가전력(주)(시공회사), 한국학교 태양광발전소, 한국학교 전기안전공단, 한국태양광기술공단 계열사를 통해 국내 전력설비 전반에 걸친 업무에도 다각적으로 일조를 하고 있다. 이에 선강엔지니어링 권병무 부사장은 “계열사를 통해 토탈(Total) 엔지니어링 전문기업으로서의 발판을 마련했다”며 “이는 나아가 세계를 변화시킬 3차 산업혁명의 강력한 기반이 될 것”이라며 동사에 대해 소개했다.

에너지저장장치(ESS) 사업 통해 사업영역 확대

전기에너지는 조명, 철도, 공장 등 다양한 산업분야에서 핵심에너지원으로 활용되면서 빠르게 확산되고 있다. 전 세계적으로 전기에너지와 경제성장은 서로 밀접한 관계가 있는데, 우리나라 역시 산업부문 전기사용 비중이 절반 이상을 차지하는 등 경제성장과 전력사용량 증가율 간의 연관성이 매우 높다.
특히 우리나라의 경우 전기자동차, 무선전력송신, 에너지관리시스템, 2차 전지, 신재생에너지 등의 기술혁신이 가속화되고 있는데, 이에 선강엔지니어링은 수급 안정성을 위해 여분의 전기인 전력예비율을 확보할 수 있는 에너지저장장치(ESS)를 통해 사업영역 확대에 나섰다.
“전기에너지의 효율적 저장이 가능해질 경우, 전기에너지의 전반적인 효율향상, 정전 피해 최소화, 신재생에너지 활용 확대, 스마트그리드 구현, 전기차 활성화 등 전기에너지가 이용되는 여러 영역에서 큰 변화가 나타날 전망”이라는 권병무 부사장은 “특히 태양광, 풍력 등 간헐적 신재생에너지의 확산은 ESS의 수요를 크게 증가시킬 것으로 예상한다”며 ESS산업에 대해 설명했다. 또한 그는 “ESS 산업은 ICT를 기반으로 토탈솔루션을 창출하는 미래 성장 동력이 될 것”이라고 덧붙였다.
선강엔지니어링은 최근 홍제동 개미마을에 ‘안심가로등’ 사업을 중점적으로 추진하고 있다. 이 사업은 에너지저장장치를 통해 태양광을 활용한 가로등을 설치하는 사업으로 방범이 취약한 지역을 대상으로 한다.
낮에 에너지를 축적하고, 저녁이 되면 자동으로 LED 불빛이 골목을 밝혀주도록 설계된 이 안심가로등은 ESS 시스템을 통해 공급받은 전력을 저장했다가 전력이 필요한 시점에 필요한 곳으로 전송함으로써 에너지 효율을 극대화 시킬 수 있다는 장점이 있다.
이에 권 부사장은 “안심가로등 사업은 생활환경안전실천엽합회에서 무상으로 지원하는 보급 사업으로, 우리 사회에 좋은 본보기가 될 것”이라며 안심가로등 사업에 대해 전했다. 또한 그는 “취약지역 주변에 가로등이 더 활발하게 설치될 수 있도록 보급정책이 더욱 확산되어야 한다”고 강조했다.

 ▲가사도 에너지자립섬 조감도

(주)선강엔지니어링, 신재생에너지자립섬 구축!

전기설계 분야에서 끊임없는 성장세를 이어오고 있는 선강엔지니어링은 국내 최대 태양광발전소 설계, 감리, 안전진단 업무도 수행하고 있다. 특히 동사는 마이크로그리드 사업이 진행되면서 진도 가사도와 해남 삼마도에 태양광과 풍력을 통해 에너지를 얻는 ‘신재생에너지자립섬 조성사업’을 구축했다. 이는 최신 스마트그리드 운영기술을 접목한 것으로, 도서지방의 신재생에너지 인프라의 구축키 역할을 하는 사업이며, 연료비를 줄이는 동시에 환경문제도 해결할 수 있다.
이 뿐만 아니라 동사는 ‘덕적도 에코섬(Eco-Island) 조성사업’도 추진 중에 있다. 이는 인천 덕적도 전체에 대한 스마트미터(AMI) 보급, 스마트그리드(SG) 스테이션과 에코 아일랜드 통합 운영시스템 구축 등 마이크로그리드 시스템을 구축하는 사업으로, AMI 보급과 SG 스테이션 설치 등을 통해 에너지 사용량의 10%를 줄일 계획이다.
선강에스지의 권병무 부사장은 “신재생에너지자립섬 조성사업은 환경오염이 전혀 없는 생활에너지원이 공급되어 안정적인 연료수급과 주민들의 동절기 연료비 부담을 덜어주는 사업일 뿐만 아니라 국가적 차원에서 에너지소비절감, 생산유발, 고용창출 및 CO₂ 절감으로 경제적 효과도 가져올 수 있다”며 사업에 대해 설명했다.

해외시장 공략으로 제2의 도약 준비

해외시장 공략을 통해 제2의 도약을 준비하고 있는 선강엔지니어링은 최근 핵심역량을 강화하고, 글로벌 경쟁 시대에 국제 경쟁력을 확보하기 위해 일본, 호주, 베트남에 집중 포커스를 맞췄다.
선강엔지니어링 권병무 부사장은 “당사는 일본 센다이 지역에 15메가와트(㎿), 12메가와트(㎿) 태양광 발전소를 설계용역할 예정이며, 또한 호주 50메가와트(㎿), 베트남 5메가와트(㎿) 태양광 발전소를 설계용역 계획 중에 있다”며 해외 진출 계획에 대해 전했다.
한편, 선강엔지니어링 이순형 대표이사는 국내 태양광 등 신재생에너지 등 에너지산업의 방향과 실무 내용을 담은 태양광 발전시스템의 계획과 설계, 신재생에너지 법규집 등 9권에 달하는 집필 저서를 발간하며, 전기공사인력 양성?발굴에 이바지하기도 했다. 
이처럼 선강엔지니어링은 축전된 기술력과 우수성을 바탕으로 과감한 창의와 도전, 그리고 고객중심의 경영정신을 이어가면서 혁신적인 글로벌 기업으로의 성장을 이어가고 있다.
고객을 먼저 생각하고, 이윤추구보다 사회공익성을 우선시하며 선진기술 개발보급으로 목표를 향해 도약하는 (주)선강엔지니어링! 앞으로도 분산형전원시설의 평준화와 국내 전력설비 설계, 감리의 대표주자로 정부 정책과제는 물론 한전 등에서 자문역할도 톡톡히 수행해 전기에너지에 대한 걱정 없는 나라를 이끌어 낼 동사의 활약을 기대해본다.

(주)선강엔지니어링   www.sunkang.re.kr

블루레이 디스크는 고밀도 데이터 저장으로 인해 고화질 영화와 텔레비전 드라마를 저장하는 최고의 방법들 중 하나이며 또한 노스웨스턴 대학의 새로운 연구에 따르면 폐기 디스크들에 대한 두 번째 사용으로 태양 전지의 성능을 개선할 수 있다고 한다.

학제간 연구팀은 재키 챈의 수퍼컵이나 만화 페밀리 가이에 상관없이 블루레이 디스크 상에 쓰여진 정보의 패턴이 태양 스펙트럼에 걸친 광흡수를 개선하는데 매우 잘 작동한다는 것을 발견했다. 그리고 연구원들은 왜 이런 현상이 발생하는지 그 이유를 밝혔다.

블루레이 디스크들이 태양전지들을 개선하는데 도움을 줄 것이라는 예감을 가졌고 존재하는 패턴들이 이미 매우 좋다는 것을 발견했다고 맥코믹 공학과 응용 과학 대학에서 재료공학 부교수이며 재료 화학자인 지아싱 후앙 박사가 전했다. 또한 그는 만약 블루레이 기술을 개발하는 전기 공학자들과 컴퓨터 과학자들이 잠재적으로 태양전지에 대한 연구들에 도움을 주는 것처럼 보였다고 덧붙여 말했다.

블루레이 디스크들은 DVD나 CD에 비해 더 큰 밀도의 데이터를 포함하고, 이는 태양전지들의 표면으로 전이될 때 전지의 광흡수와 성능을 개선하기 위한 적당한 거칠기를 제공하는 데이터 저장을 위해 수 십 년 동안 공학자들에 의해 완성된 준 무질서 패턴이다.

맥코믹에서 기계 공학의 부교수인 쳉 선 박사와의 협력으로 후앙과 그의 연구팀은 액션 영화, 드라마, 다큐멘터리, 카툰과 흑백 영상 등 블루레이 디스크들에 저장된 광범위한 영화들과 텔레비전 쇼들을 시험했고 비디오 내용이 어떠한 영향도 끼치지 않는다는 것을 발견했다. 모든 디스크들이 태양 전지 내 광흡수를 증가시키는데 동일하게 잘 작동했다. 이 결과들은 네이처 커뮤니케이션 지에 최근 게재되었다.

태양전지의 영역에서, 만약 거칠기가 태양전지의 표면에 발생하면 전지의 효율을 증가시키도록 광이 더 효과적으로 산란된다는 것은 알려진 사실이다. 과학자들은 합리적인 제조 비용으로 가장 효과적인 거칠기 기법을 오랫동안 찾아왔다.

노스웨스턴 연구원들은 비디오 정보를 저장하기 위해 아일랜드나 핏 (pit)들로 포함된 0과 1 이진 코드들의 블루레이 디스크 줄들이 태양전지에게 넓은 태양광 스펙트럼에 걸쳐 태양 전지의 흡수를 개선시키기 위해 거의 최적화된 표면 거칠기를 제공한다는 것을 실증했다.

그들의 연구에서, 연구원들은 먼저 재키 챈의 영화 수퍼캅을 선택했다. 그들은 폴리머 태양전지의 활성 층 위에 이 패턴을 복제하고 이 전지가 표면에 무질서한 패턴을 가진 비교 태양전지에 비해 더 효율적이라는 것을 발견했다.

후앙 교수는 무질수 패턴이나 거칠기가 패턴이 없는 것보다 더 잘 작동하지만 블루레이 디스크 패턴은 최고의 거칠기를 제공하고 있다는 것을 발견했으며 왜 이런 효과가 발생하는데 그 이유에 대하여 이해하려고 노력했다고 전했다.

후앙 교수는 오랜 동안 이 이유에 대하여 의문을 품었다. 어느날 IBM 데이터 공학자인 그의 아내 샤오롱 리우가 데이타 압축이 이런 효과를 초래할 수 있다고 제안했다. 이는 후앙 교수가 필요했던 통찰력이었다.후앙 교수와 선 교수는 이 아이디어를 조사하기 위해 정보 이론의 전문가인 맥코믹의 동료 교수인 동닝 구어 박사와 이에 대한 연구를 진행했다. 구오 교수는 전자공학과 부교수이다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

연구원들은 블루레이 표준에서 데이터 처리 알고리듬을 자세하게 조사하고 이 알고리듬이 두 가지 주된 목적을 제공한다는 것을 알아차렸다. 이는 0과 1의 균일하게 무질서한 순서로 비디오 신호들을 가능한 한 전환함으로써 압축률을 높게 얻었으며 연이은 0과 1의 수를 제한하는 데이터 순서로 조절된 불필요한 중복을 부가하여 에러 내구성을 증가시키는 것이다.

이 두 목적은 150과 525 나노미터 사이 형태 크기들을 가진 아일랜드와 핏 (0과 1)의 준 무질서 배열을 초래했다. 이 영역에서 전체 태양 스펙트럼에 걸쳐 광 포획 응용들을 위해 꽤 잘 구동했다.

블루레이 패턴된 태양전지의 전체 대역 흡수 증가는 21.8퍼센트로 측정되었다고 연구원들이 보고했다.폴리머 태양전지들의 개선과 함께 시뮬레이션은 블루레이 패턴들이 다른 종류의 태양전지들 내에서 광을 포획하는데 폭넓게 적용될 수 있음을 나타냈다. 이는 정보 이론, 나노포토닉스와 재료 과학의 교차점에서 나온 새로운 과학을 볼 수 있는 기대치 않고 순수하게 흥분되는 것이었다고 후앙 교수가 말했다.

일본의 독립행정법인 산업기술 종합연구소 에너지 기술 연구부문 에너지 계면 기술 그룹과 국립대학법인 도쿄대학 물성 연구소는 공동으로 리튬 이온 배터리가 충방전할 때 정극재료 의 상세한 전자 상태를 연X선 발광 분광법을 이용하여 해명했다.

이 연구에서는 충방전시 연X선 방출 분광 측정을 위해, 유기 전해질과 리튬 음극을 갖춘 리튬 이온 전지의 정극을 분석하기 위해 특수한 전지 셀을 개발했다. 이 전지 셀을 이용해 망간산 리튬 정극 중 망간 원자의 충방전시 전자 출입의 모습을 해석했다. 또한, 연X선 방출 분광 측정은 대형 방사광 시설 SPring-8의 도쿄대 아웃스테이션 BL07LSU에서 실시했다. 기존 재료를 이용한 리튬 이온 전지의 충방전 기구의 상세한 내용이 밝힐 수 있을 것으로 차세대 고성능 전극 재료 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구 성과는 2014년 11월 25일에 국제전기화학회의 속보 잡지 Electrochemistry Communications 온라인 판에 게재되었다.

리튬 이온 전지용 정극 재료로 널리 이용되고 있는 망간산 리튬(LiMn2O4)과 코발트산 리튬(LiCoO2) 등은 전기 자동차와 정치형 축전 시스템 등의 대형 용도에서는 충방전 용량 등의 성능이 미흡하며, 저비용화나 충방전 반복 특성의 고성능화 등이 요구되고 있다.

이러한 정극 재료의 고성능화를 효율적으로 추진하려면 기존 재료의 충방전 기구 해명이 중요하며, 충방전 반응 중의 코발트(Co)와 망간(Mn) 등 전이 금속 원소에서 전자의 출입(산화 환원 반응)을 추적하기 위한 연구가 광범위하게 이루어지고 있다. 기존의 방사광 경X선을 이용한 X선 흡수 분광법에서는 어느 전이 금속 원소가 반응하고 있는지에 대한 정보는 얻을 수 있지만, 전자 상태의 자세한 정보를 얻기는 어려웠다.

연X선 분광법에서 연X선은 진공을 통과해야 하기 때문에 대기압 하에서 시료를 측정하려면 연X선을 투과시키는 질화 규소를 주성분으로 하는 박막을 이용해 진공 탱크와 대기압 탱크를 격리시켜야 한다. 최근 이러한 측정 기술이 개발됐지만, 유기 전해질을 동반한 리튬 이온 배터리나 그 전극 재료를 측정한 예는 보고되지 않았다.

이번에 질화 규소(150 nm두께)가 코팅된 실리콘 기판에 금속과의 밀착성을 강화한 알루미나층, 티타늄과 금의 2층으로 구성된 금속 집전체층의 순으로 적층 필름을 만들어 망간산 리튬의 박막을 직접 제작했다. 망간산 리튬 박막의 두께는 100nm 이하이다. 화학적 처리에 의해 실리콘 기판의 중앙부를 제거하고, 질화 규소 재료를 노출시켜 특수한 박막 전극을 제작했다(그림1). 이 박막 전극을 정극으로 리튬 음극, 리튬 이온 전지의 평가에 이용되는 일반적인 유기 전해질과 조합해 충방전 동작 중에 연X선 발광 분광 측정이 가능한 전지 셀을 개발했다(그림 2).

지금까지 결정 구조 해석 등을 통해 구조적인 관점에서 리튬 탈 삽입에 따른 망간 원자-산소 원자의 결합 길이의 신축은 밝혀진 바 있지만, 이번에 연X선 발광 분광법에 의해 전자 상태의 관점에서 원자 사이의 화학 결합의 세기의 변화를 평가할 수 있게 됐다.

방전시의 스펙트럼은 충전 전과 가까운 형상으로 2번째의 충방전 시에도 망간의 산화 환원 반응이 가역적으로 진행하는 것으로 알려졌다. 다만, 방전 시와 충전 전의 스펙트럼의 차이는 방전 시에 Mn3+의 비율이 많은 것이 시사되고 있으며, 충전 전(3.4 V)보다 전위가 낮은 방전 시(3.0 V)에 망간이 환원되는 경향이 강한 것에 대응하고 있다. 이런 약간의 변화는 경X선 흡수 분광법 등의 측정법에서는 검출하기 어렵고, 연X선 발광 분광법의 우위가 나타났다. 충전시(4.5 V)에 망간이 모두 Mn4+이 되어 있다고 가정해 충전 전, 충전 시, 방전시의 스펙트럼에서 계산한 망간의 평균 가수은 충전 전에는 Mn3.6+, 방전 시는 Mn3.3+이었다.

이처럼 이번 기술에 의해 망간산 리튬 정극 속 망간의 산화 환원 반응이 드러나 그동안 곤란했던, 망간-산소 간의 결합성이나 Mn3+과 Mn4+의 비율 정보도 얻게 됐다.

전극 특성의 개선을 위한 원소 치환 등의 개발 지침을 얻을 수 있도록, 다른 정극 재료에 대해서도 이번 기법을 적용해 충방전 반복 특성과 원자 사이의 화학 결합의 상관을 계통적으로 밝혀낼 예정이다.또한, 이 기법에 의해 얻어진 전자 상태 정보에서 전극 재료의 대용량화, 고정 전위화, 저비용화를 위한 개발 지침을 가이드할 수 있을 것으로 기대된다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

- 강도 증가나 오삽입 방지 기능 탑재 / 단자의 접촉 신뢰성 향상 / FPC?FFC를 위한 오삽입을 방지 / GI-POF(Graded-Index Polymer Optical Fiber)용 대용량?고속 / 절단 공구도 제작 / 휴대 단말 전용 수요 호조 / 시장, 플러스 성장 계속 -

전자기기나 배선 사이를 간단하면서 안전하게 연결하는 부품 커넥터는 전기?전자기기에는 반드시 필요하다. 스마트폰이나 태블릿 단말(휴대형 정보단말기), 디지털카메라라는 소형 전자기기로부터 전기 자동차(EV), 태양광 발전 시스템 등의 대형 장치에 이르기까지 커넥터를 이용하여 연결하는 범위는 계속 넓어지고 있다.

전기?전자 제품의 소형?박형?고기능화가 진행되고 있다. 2014년 발표된 스마트폰으로 가장 얇은 두께는 5밀리미터 이하였다. 태블릿 단말도 두께 6 밀리미터의 제품이 발표되고 있다. 이러한 휴대용 정보통신기기에서는 터치 패널, 조작 스위치, 액정 모듈, 카메라 모듈, SIM 카드(계약자 정보 기록 카드)나 기록용 미디어로서 이용되는 SD 카드 등을 연결하기 위하여 각종 커넥터가 이용되고 있다. 기기의 소형?박형틀?경량화에 따라 부품을 실장할 수 있는 공간은 축소하고 있다. 이를 위해 내장 부품의 커넥터에도 동일한 진화가 요구되고 있다.

내부 실장에 이용되는 플렉시블 프린트 배선판(FPC)이나 플렉시블 플랫 케이블(FFC) 기판용 커넥터의 커넥터에서는 소형?협(狹) 피치(pitch)?다핀화 등에 의하여 기판 점유 면적을 줄이는 대처가 진행되고 있다.

또한 SIM 카드나 SD 카드로 이용되는 커넥터 중에서도 계약자 정보 등을 기록한 접촉형 IC 카드로 단말에 꽂아 이용하는 SIM 카드의 소형?박형화의 스피드는 빠르다. 카드용 커넥터 개발 스피드도 가속화되고 있다. 카드용 커넥터에서는 생산 공정 삭감이나 부품 점수 삭감, 공간 절약화, 또한 사용자가 잘못된 사용법에 의한 파손을 방지하거나 진동이나 낙하 충격의 내성이나 단자의 접촉 신뢰성을 갖게 하는 제품도 등장하고 있다.

FPC나 FFC 전용 커넥터에서는 소형?박형화가 진행된 것으로 잘못된 작업에 의한 파손이 눈에 띄게 늘어나고 있다고 한다. 2014년 10월에 개최된 CEATEC JAPAN 2014에는 이러한 문제점을 피하는 FPC?FFC용 커넥터가 전시되었다.

이 커넥터는 비스듬하게 삽입하거나 얕게 삽입하는 것에 의한 접점 오차를 막도록 설계하면서 액추에이터(고정구) 측에서 잠그는 것으로 무리하게 당겨도 접촉 단자의 변형이나 고정부의 파손을 일어나기 어렵게 하고 있다. 기기의 조립 공정에 있어서의 문제점을 방지할 수 있기 때문에 생산의 효율화를 기대할 수 있다.

또한 카드용 커넥터에서는 기기의 공간 절약화에 공헌하는 제품이 등장하고 있다. 지금까지 스마트폰이나 태블릿 단말에서는 기록용 외부 메모리로서 이용하는 마이크로 SD 카드와 통신에 이용하는 마이크로 SIM 카드의 두 종류를 따로따로 설치한 소켓에 삽입하고 있었다. 그러나 두 종류의 소켓 설치는 소형화나 박형화하는데 있어서 하나의 장벽이 되고 있었다.

최근 등장한 카드용 커넥터 제품은 마이크로 SD 카드와 마이크로 SIM 카드를 중첩하여 같은 방향으로 삽입할 수 있다. 이것에 의해 소켓을 1개소로 할 수 있기 때문에 기기를 소형?박형화하는 것이 가능하게 된다. 또한 카드 극성 기능을 탑재하는 것으로 사용자의 카드 오삽입을 방지하는 것 외에 카드 단자의 손상을 방지하는 설계도 하고 있다.

의료?산업 기기의 고기능화에 맞추어 커넥터의 수요가 상승세로 옮겨가고 있다. 이것에 따라 커넥터 메이커 각사는 생산 라인의 증강을 진행시키고 있다. 또한 의료?산업 기기 분야 전용의 커넥터 신제품 개발도 활발하게 되고 있다. 그 하나가 그레이 데드 인덱스형 폴리머 광섬유(GI-POF, Graded-Index Polymer Optical Fiber)용 커넥터이다.

의료 현장에서는 쌍방향 통신이 필요하다. 리얼타임에 하이비전 전송을 실시하기 위해서는 대용량 데이터를 고속으로 송수신해야 한다. 이를 위해 유효한 것이 광 섬유를 이용한 통신이다.

의료 현장에서는 자기 공명 단층 촬영 장치(MRI) 등 자장을 발생하는 기기를 사용하고 있기 때문에 전자 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 광 섬유는 전자 노이즈의 영향은 없다. 그러나 소재가 석영의 광 섬유 케이블로 의료기기에 연결할 때 유리 파편이 비산될 가능성도 있어 안전성이 과제가 되고 있었다.

GI-POF는 수지제품으로 구부러지기 쉽게 시공하기 쉬운 것이 특징으로 수지제품의 GI-POF 광섬유이면 접혀 파손하는 위험이 적어 안전성이 높다.

GI-POF 광 섬유를 사용한 통신의 전송 속도는 GI 석영 광 섬유와 동등한 매초 약 10기가비트로 4 K?8 K 슈퍼 하이비전으로 촬영한 고정밀 수술 영상을 대학의 의학부 전용으로 리얼타임 전달할 수 있고 원격 진단에도 이용하는 것이 가능하다.

게이오(Keio, 慶?) 대학 이공학부 연구팀은 커넥터 메이커와 이 GI-POF 광 섬유용 커넥터를 공동 개발하였다. 아울러 절단 공구도 제작하고 있다. 기존 석영 광 섬유를 커넥터에 조립하는 경우 고정한 후 광 섬유의 단면을 연마할 필요가 있었다. 그러나 이 공구를 이용하면 섬유의 길이를 조정하고 나서 커넥터에 조립하기 위한 시간을 기존 10분의 1 이하인 1분 이내에 단축할 수 있다고 한다.

GI-POF 광 섬유는 커넥터끼리의 결합이나 광 섬유와 광소자의 접속에 대해 고정밀 부품이나 고도의 축 맞댐도 불필요하다고 한다. 커넥터의 부품 점수를 기존 제품의 10점 정도로부터 몇 점으로 줄일 수 있다고 한다. 조립 비용을 줄일 뿐만 아니라 조립 작업의 스피드업도 가능하다.

커넥터에 의해서 접속되는 케이블의 종류, 기판 굵기나 개수, 크기, 형상, 또 사용 환경이나 사용 목적마다 많은 종류가 존재한다. 접속 조합에서는 ′전선과 전선′, ′전선과 회로 기판′, ′전선과 전기 부품′, ′회로 기판과 회로 기판′ 등 네 가지로 크게 나눌 수 있다.

또한 일본 경제산업성 생산 동태 통계에서는 커넥터를 통신용 동축 케이블 등의 접속에 이용하는 ′동축(同軸) 커넥터′, 기기 내의 기판과 기판, 기판과 전선 등의 접속에 이용하는 ′프린트 기판용 커넥터′, 광 섬유를 이용한 고속 통신 네트워크로 이용되는 ′광 커넥터′, 서보나 센서, 액추에이터 등 공장 자동화(FA) 기기의 접속에 이용되는 것이 많은 ′환형(丸形) 커넥터′, 산업 기계로부터 PC에 이르기까지 폭넓은 용도로 이용되는 ′각형(角形) 커넥터′와 ′그 외의 커넥터′로 분류하고 있다. 커넥터 중에서도 가장 시장 규모가 큰 것은 프린트 기판용 커넥터라고 한다. 2014년 8월 생산액을 예로 하면 커넥터 전체의 생산액수는 352억 엔(약 3,520억 원)으로 그 중 프린트 기판용은 228억 엔(약 2,280억 원)으로 전체 약 65%를 차지하고 있다.

일본 전자 정보기술 산업 협회(JEITA)가 2014년 10월 발표한 일본 메이커에 의한 2014년 8월 전자 부품 세계 출하액은 2013년 8월 대비 5.0% 증가한 3,098억 엔(약 3조 98억)으로, 그 중에서 커넥터는 2013년 8월과 동일한의 454억 엔(약 4,540억 원)이었다. 2014년도 커넥터 시장은 호조로 2014년 4월부터 7월까지는 연속으로 플러스 성장하면서 4월부터 8월까지의 누계에서는 2,291억 엔(약 2조 2,910억 원)으로 2013년 대비 5% 증가하였다. 호조가 계속되는 커넥터 시장을 견인하고 있는 것은 스마트폰이나 자동차 전용 커넥터의 수요 증가라고 한다.

이러한 커넥터 시장동향의 영향을 크게 받는 것이 신동품(伸銅品) 시장이다. 인청동(燐靑銅)이나 고강도 합금은 도전율이 높고 용수철성이 좋으면서 내피로성이 뛰어나기 때문에 동판은 휴대전화, 박형 TV, 디지털카메라 등 디지털 가전에 사용하는 커넥터의 소재가 되고 있다.

휴대전화 중에서 스마트폰 비율은 높아지고 있어 과반수를 차지하고 있다. 2013년도는 상반기부터 세계적인 스마트폰 수요 증가가 있어 청동의 수요는 안정적으로 추이되고 있고 2014년도에 들어가서도 신동품의 수요도 호조다. 신동품의 업계 단체인 일본 신동 협회가 정리한 2014년 7월 신동품 생산은 2014년 7월 대비 1.2% 증가한 7만 620톤으로 13개월 연속 플러스가 되고 있다. 또한 신동 협회는 2014년도 신동품 수요 개정 전망과 2018년도까지의 중기 수요 전망을 책정하여 2014년 9월에 발표하였다.

동판의 중기 수요에서는 전기?전자기기 등 민생용 단자?커넥터에 관해서 PC 전용은 감소하지만 스마트폰이나 태블릿 단말 전용 커넥터 등에서의 채용도 진행될 것으로 예상되어 수요증가가 간파하고 있다.

청동판은 스마트폰을 중심으로 한 휴대전화, 박형 TV, 디지털카메라, 비디오카메라 등에 사용되는 커넥터의 재료이다. 스마트폰이 휴대전화에 차지하는 비율은 계속 증가하고 있어 신동 협회에서는 스마트폰 시장의 동향이 커넥터나 커넥터 재료의 청동판 시장에게 주는 영향은 크다고 분석하고 2014년도에도 순조로운 수요가 있을 것으로 예상하고 있다.

또한 중기 수요 전망에서는 스마트폰에 이어 전자기기류의 보급 동향과 탑재되는 커넥터를 비롯한 전자 부품의 동향으로 수요가 영향을 주는 경향은 향후에도 계속될 것으로 전망되고 있다.

한편 자동차용이나 민생용 전자기기의 단자?커넥터에 이용되는 황동판의 수요에 관해서는 2026년도 상반기는 호조에 추이한 것 같다. 2015년 4월에 실시가 예정되어 있는 경자동차 증세를 배경으로 한 갑작스런 수요가 있을 것이라고 분석함에 따라 자동차용 커넥터에 이용되는 황동판의 향후 수요 증가가 전망되고 있다고 한다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

전자자동차가 그리드에 연결될 때, 전력을 소비하는 의미로 충전 모드로 항상 있을 것이다. 그러나 이는 큰 배터리로 역할을 하고 필요 시 그리드로 전력을 주입하는 방전 모드로 전기자동차가 작동하도록 역할을 할 수 있다. 몇 가지 최근 연구는 자동차에서 그리드(V2G) 소자들로 작동하는 플러그인 전자 자동차 (PEV)가 이 재생 에너지 원의 백업 전력, 전력 정규화, 로드 균형 등 그리드를 위한 혜택들을 제공할 수 있다는 것을 보였다.

최근 새로운 연구에서 연구원들은 그리드를 위한 전력원으로 PEV를 이용하는 또 하나의 잠재적인 장점을 발견했다. 그들은 그리드가 대형 장애에 도달할 때 안정화를 증가시킬 수 있다. 대형 장애들은 갑작스러운 로드 변화와 라인 트리핑(tripping) 등 광범위한 문제들에 의해 초래된다. 그들의 부정적인 효과들 중 민감한 가전제품들을 손상시킬 수 있다. 만약 특정 시간 내 해결되지 않는다면 그 시스템은 안정한 작동을 재개할 수 없을 것이다.

마케도니아 스코페 마케도니아 과학과 예술 아카데미와 다른 대학들의 연구원들은 New Journal of Physics 최근호에 그들의 발견들을 게재했다.

연구원들의 설명에 따르면, 지난 세기 두 가지 매우 큰 에너지 전환 시스템의 발전을 보았으면 그들은 전기 유틸리티 시스템과 경자동차 (소형 자동차, 밴, 경량 트럭 등)이다. 두 시스템들이 분리되어 발전되었지만, 전기 자동차 이용의 증가는 그들이 이 세기 내 얼마의 수준에서 합쳐질 것이라는 것을 의미한다. 또한 모든 자동차들은 휴대 저장 시스템으로 고려될 수 있으며 미국 내 전체 전기 발전 시스템의 전력 용량보다 약 24 배 더 큰 전체 전력 용량을 가질 수 있다. 2020년까지 PEV는 기본적으로 어떠한 자체 저장 없는 그리드로 특별한 혜택들을 잠재적으로 제공할 수 있도록 미국 내 모든 자동차들의 1~2%로 추산될 것으로 기대된다.

전력 그리드와 전기 자동차들은 매우 상호 보완적이고 특히, 전기 자동차들은 재생가능 에너지 원들이 미래 전기 전력 그리들들을 주도할 때 큰 문제가 나타날 수 있는 전력 그리드 과도 안정성을 향상시킬 수 있을 것이라고 스코페 SS 시릴과 메토디오스 대학과 UC 샌디에고의 교수인 논문 공저자 Ljupco Kocarev 박사가 전했다.

새로운 연구에서, 연구원들은 PEC들이 대형 장애들에 빠르게 대응하여 전력을 그리드로 정규화하는 조절 전략을 개발했다. 뉴잉클랜드 전력 시스템의 시뮬레이션에서, 2020년 뉴잉글랜드 내 총 경 자동체 중 1%로 추산된 개별 50,000 PEV들은 10 kW의 최대 비율에서 그리드와 전기를 교환할 수 있는 능력을 가진다.

전용 고속 고대역 에더넷 케이블을 이용하여 PEV들은 10-20 밀리초 내 발전기들에서 정보를 받을 수 있다. 발전기들의 터빈 속도 감소는 전력 감소를 알려주고 이에 따라 PEV들은 작은 백업 발전기들로 기본적으로 역할하도록 그리드로 부가 전력을 주도록 지시된다. 터빈 속도 증가는 초가 전력을 PEV가 소비하도록 그리드 내 과잉 전력을 나타낸다. 효과적이기 위해, PEV들은 과도한 작용없이 가능한 빠르게 반응해야 한다.

시뮬레이션들의 결과들은 PEV들이 두 가지 방법에서 안정성을 증가시킬 수 있다는 것을 보였다. 먼저, 그들은 80%까지 대형 장애들에서 초래된 속도와 전압 동요를 줄일 수 있다. 둘째, 그들은 20~40%까지 시스템이 안정한 작동을 재개할 수 없을 것으로 판단된 후 임계 제거 시간을 늘릴 수 있다. 일반적으로 PEV들은 대형 장애 수 초 내 그리드를 안정화시키기 시작할 수 있다.

PEV들이 그리드에 혜택을 제공하면서, 그들 자체가 부정적으로 영향받지 않는다. 이는 대형 장애들이 년간 수 백 번 정도 발생하는 상대적으로 드물기 때문이다. 또한, 대형 장애들에 따른 규제 작용들이 PEC들의 에너지 상 전력 규제의 효과들이 최소화하기 위해 수 초 정도만 일반적으로 지속된다.

놀랍게도, 연구원들은 시뮬레이션 내 PEV들의 잠유율 증가가 4% PEV 점유율까지 안정화 혜택을 향상시킨다는 것을 발견했다. 이 지점 후, 이 혜택은 수평을 유지하다가 7% PEV 점유율로 도달된 후 빠르게 감소된다. 이 부정적인 효과는 이런 장애에 과도하게 작용하고 그리드에서 너무 많은 전력을 주입하거나 빼내는 PEV들에 의한 것으로 보인다. 이 결과들은 얼마나 많은 개선이 이런 종류의 조절로 성취될 수 있는지에 대한 한계를 보여준다. 연구원들은 향후 또 많은 개선들을 조사할 계획이다.

Kocarev 교수는 그의 미래 계획들이 다른 조절 전략들을 개발하고 시험하며 전력 그리드와 전기 자동차들의 결합된 시스템의 정상과 과도 안정성 모두를 연구하기 위한 견고한 뼈대를 개발하고 전기 시장을 포함시키기 위해 연구 방법들을 확장하는 것이라고 밝혔다. 그는 V2G 개념이 수송과 전기 분야들에 시너지 효과로 파라다임을 이동시킬 수 있을 것이라고 기대했다. 또한 그는 몇 가지 V2G 실증들이 로스앤젤레스 공군 기반에서 2015년까지 끝마쳐질 것으로 기대된다고 전망했다.

그림 설명: 부가 PEV들의 안정화 혜택은 4%까지 증가하지만 7% 침투에 도달한 후 빠르게 감소된다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

분자전기스위치(molecular electronic switch)는 두 가지 혹은 그 이상의 상태를 전이할 수 있는 개별적인 분자들이 결합체를 이룬 것으로 도체 혹은 절연체와 같은 일종의 스위치 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

이러한 스위치들은 개개의 분자들 혹은 분자 복합체들이 전기적인 요소처럼 움직이는 분자 전기학의 분야에서 많은 응용을 가능하게 해 줄 것으로 보인다. 하지만, 분자 수준에서 가역적으로 반복적인 분자 전기 스위치를 만들어내는 것은 아직 해결해야 할 부분들이 많다.

이에, 일본물질재료연구소(NIMS)의 Shintaro Fujii, Manabu Kiguchi, Kazunori Sugiyasu와 일본산업기술종합연구소(AIST)의 Hisao Nakamura와 동료 연구자들은 다중 컨덕턴스상태(multi-conductance state, 예를 들면 높은, 중간, 낮은 상태)를 지닌 분자전기스위치가 단일쿼터 티오펜 기반접합(single quarter thiophene-based junction)을 이용해 제작이 가능하다는 것을 보여주었다. 이 새로운 스위치에서 스위치의 움직임은 외부의 기계적인 힘에 의해 촉발된다.

연구팀은 단일쿼터 티오펜 기반접합을 두 개의 금 전극 사이에 주사터널현미경(scanning tunneling microscopy (STM))-보다 정확하게는 주사터널현미경 기반의 기계적으로 조절가능한 틈 접합(STM-based mechanically controllable break junction (STM-BJ))-을 이용해 연결시켰다. 그들은 다음으로 피에조 액추에이터(piezo actuator)를 경유해 외부의 기계적인 힘을 그 접합에 가했다.

쿼터 티오펜 기반 분자들은 4개의 티오펜 링과 금 전극에 결합하는 4개의 결합 위치를 가지고 있다. 구조적인 대칭성으로 인해, Fujii, Kiguchi와 동료 연구자들은 그 접합에 대한 3가지 형태의 결합 방식이 존재할 수 있다는 것을 발견했다. 그들이 수행한 STM-BJ 실험과 이론적인 시뮬레이션 결과들은 쿼터 티오펜 접합이 서로 다른 전기적 전도성을 지닌 3가지 전도 상태를 만들어낸다는 것을 보여주었다. 이들 3가지 상태들은 분자들의 결합 위치와 외부의 기계적인 힘에 의존한다.

이와 같은 다중 앵커(anchor)를 지닌 분자 접합이 서로 다른 가능한 결합 위치의 조절방법과 결합하게 되면 지속적인 형태의 기능적 분자 기기가 완성된다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 ["Single Molecular Resistive Switch Obtained via Sliding Multiple Anchoring Points and Varying effective Wire Length." J. Am. Chem. Soc. 136, 7327 (2014). DOI: 10.1021/ja413104g]를 참고하기 바란다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

큰 자기 저항 재료는 기초연구와 장치 응용 과정에서 중요한 역할을 발휘하기 때문에 과학연구 분야에서 줄곧 큰 중시를 받고 있다. 지난 반 세기 이래 과학자들은 관련 연구를 통해 재료의 전형적인 자기 저항이 외부 자기장에 대해 2차 관계(Quadratic relationship)를 보유하고 있으며 큰 자기장 하에서 자기 저항은 포화 상태에 처하게 된다는 점을 발견하였다. 특수한 점은 불포화 선형 자기 저항(Unsaturated linear magnetoresistance)은 오픈 페르미 재료 속에 존재하게 될 가능성이 존재한다는 점이다.

에너지 갭이 제로에 가까운(혹은 비교적 작음) 반도체 재료 속에서 과학자들은 다양하고 흥미로운 자기 저항 현상을 발견하였다. 예를 들면, 은(銀) 도핑 Ag2+δSe와 Ag2+δTe 재료 속에서 특별하게 큰 선형 자기 저항을 발견하였으며 과학자들은 다양한 이론으로 이런 불포화 선형 자기 저항에 대해 해석하려는 노력을 해 온 상황이다.

이런 이론 모델 속에서 Abrikosov 등 과학자들이 제시한 ‘양자 자기 저항’ 및 Parish와 Littlewood 등 과학자들이 제시한 전형적인 물리 모델은 제일 전형적인 이론 모델로 되고 있다. Abrikosov 등 과학자들은 제로 에너지 갭 반도체는 한 개의 랜도(Landau) 에너지 레벨만 보유하고 있지만 큰 자기장 하에서 양자 제한을 받기 때문에 불포화 자기 저항을 생성시킬 수 있게 될 것이라고 분석하고 있다. Parish와 Littlewood 등 과학자들은 재료의 불균형성이 전류의 증가와 감소를 유발시켜 불포화 및 자기 저항을 발생시키게 된다고 분석하고 있다.

지난 몇 년 간 토폴로지 절연체(Topological insulator)는 에너지 갭 디랙 표면 상태(Dirac surface states)를 보유하고 있기 때문에 토폴로지 절연체 재료의 자기 저항은 점점 더 과학자들의 많은 관심을 받고 있는 상황이다. 부분적인 과학자들은 토폴로지 절연체의 단 결정, 박막, 나노 시트 등 재료 속에서 선형 자기 저항을 발견하였다.

과학자들은 관련 연구를 통해 단 결정의 선형 자기 저항은 재료의 2차원 무(無) 에너지 갭 토폴로지 표면 상태에서 발생된다고 분석하고 있다. 그 외, 부분적인 과학자들은 단 결정 혹은 박막 재료 속에서 전자 불균형과 전기 전도성 증가와 감소도 선형 자기 저항에 영향을 끼치는 중요한 요소로 되고 있다고 분석하고 있다. 지금까지 토폴로지 절연체 재료 속에서 선형 자기 저항의 확실한 요소에 대해 과학자들은 명확한 분석을 실행하지 못하고 있는 상황이다.

중국과학원 금속 연구소 산하 ‘선양(瀋陽) 재료과학 국가(연합) 실험실’ 소속 ‘자성 재료 및 자기학 연구부’ 왕전화(王振華) 연구원, 장즈둥(張志東) 연구원 연구팀은 최근 미국 케이스 웨스턴 리저브 대학(Case Western Reserve University)의 가오쉬안(高?) 교수 연구팀과 공동 연구를 실행하고 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 방법을 통해 Bi2Te3 박막을 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.

연구팀이 이번 연구를 통해 개발한 Bi2Te3 박막 재료는 Bi2Te3 나노 시트(Nanosheets)들이 서로 연결되어 형성되었다는 점을 발견하였다.

연구팀은 온도, 기압, 전송 기체 유량 등 조건에 대한 제어를 통해 다양한 사이즈의 나노 시트 및 다양한 나노 시트 밀도의 박막 재료를 제어 가능하게 개발할 수 있다는 점을 발견하였다. 그림 1.에서 표시한 내용과 같이 Bi2Te3 박막은 다양한 밀도 및 사이즈의 나노 시트로 구성되어 있다. 기타 토폴로지 절연체 재료와 같이 동 시스템 속에서 선형 자기 저항 현상을 발견할 수 있다. 그림 2.에서 표시한 내용과 같이 큰 온도 범위 내에서 외부 필드가 14T를 추가해도 불포화 트랜드를 나타내고 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 다양한 밀도(Density) 박막 재료에 대한 연구를 통해 매우 큰 이전 비율 범위 내에서 선형 자기 저항 및 재료 이전 비율 사이에는 보편적인 관계가 존재하며 구체적으로 동일한 재료 속에서 자기 저항 및 이전 비율은 온도 증가에 따라 감소된다는 점을 발견하였다(그림 3. 참조).

연구팀은 다양한 밀도 박막 재료 속에서 자기 저항과 이전 비율이 정비례 관계를 형성하는 동시에 자기 저항이 작을수록 이전 비율도 점점 더 작아진다는 연구 결론을 도출하였다(그림 3. 우측 그림 참조).

이런 연구 결과들은 이전 비율의 증가와 감소가 전형적인 선형 자기 저항을 발생시킨다는 점을 설명하고 있으며, Parish와 Littlewood 등 과학자들이 제시한 이론과 완전히 일치함을 의미하고 있다.

연구팀은 이번 연구를 통해 Bi2Te3 박막 관련 연구를 위한 명확한 증거를 제공하였으며 재료가 물리 혹은 구조 상에서의 불 균형성은 선형 자기 저항의 원천으로 된다는 점을 입증하였을 뿐만 아니라 토폴로지 절연체 재료의 자기 저항 제어를 위해 새로운 방법을 제공하였다.

연구팀의 관련 연구 성과는 미국 화학 학회가 발간하는 나노 연구 분야 권위 학술지인 ‘나노 레터(Nano Letter)’에 게재되었다(Nano Letter 14 (2014) 6510).

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

- 빛을 비추면 단단해지는 재료를 사용하여 유효성 실증 -

나라첨단과학기술대학원대학 물질창성과학연구과 연구팀은 가볍고 유연성 등이 뛰어난 차세대 태양전지로서 연구되고 있는 유기박막 태양전지의 새로운 재료를 개발하고, 태양전지로서 동작하는 것을 실증하였다. 용매에 녹인 재료를 기판에 도포하여 박막을 제조하는 형태의 반도체로 빛에 비추면 상온에서 불용화하여 고형화되기 때문에 재료를 바꿔 겹쳐 칠하더라도 혼합되지 않고, 반도체의 적층구조가 가능하다. 이 방법으로 빛에서 전기로의 변환효율을 2배 이상 향상시켰다. 앞으로는 재료의 조합을 자유롭게 변화시켜 고효율 반도체를 설계하고 플라스틱 필름 위에 제조하는 것도 가능하게 될 것이다.

플랙시블한 기판 위에 대면적의 유기디바이스를 저가로 제작하는 방법의 개발이 유기디바이스 발전에 필요하며, 그 때문에 인쇄기술을 사용한 프린터블 일렉트로닉스(Printed Electronics) 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 프린터블한 재료는 고분자로 대표되나, 용매에 녹기 때문에 적층이 곤란하다. 그것에 비하여 전구체를 사용하는 방법은 통상적으로 용매에 녹기 어려운 저분자 결정성의 유기재료를 도포할 수 있다는 특징이 있다.

아센(acene)의 전구체로서 IBM 등이 열변환 전구체를 보고하였으며, 도포형 유기박막 트랜지스터에 응용하였다. 또한, 열을 가함으로써 변환하는 전구체를 이용한 도포형 유기박막 태양전지로서는 미쓰비시화학/도쿄대학에 의한 벤조프로피린(benzoporphyrin) 플러렌 유도체계가 보고되었다. 열변환 전구체는 전구체로부터 반도체로의 변환에 200℃ 전후의 높은 온도를 필요로 한다.

한편, 이번에 보고하는 광변환 전구체는 변환반응 자체는 실온/저온에서 진행하기 때문에 온화한 조건에서 성막이 가능하다. 지금까지 본 연구팀은 광변환 전구체법을 이용한 도포형 유기박막 트랜지스터와 변환전후 발광특성을 크게 변화시키는 잠재성 발광재료 등을 보고하였다. 이번 광변환에 의한 용매로의 용해도가 낮게 되는 특징을 이용하여 도포적층에 의한 p-i-n형 태양전지를 제작하였다.

광변환 전구체는 용매에 녹인 재료를 원심력 이용의 스핀코트법 등으로 박막한 후 빛을 조사하여 구조변환을 일으켜, 반도체 재료로 변환할 수 있다. 화합물의 구조변화에 따른 용해도를 낮추어 난용성으로 할 수 있으므로 스핀코트와 변환을 반복하여 온화한 조건에서 적층구조를 만들 수 있다. 그 결과 지금까지 용액 프로세스에서는 어려웠던 p-i-n구조의 실현에 성공하였다. p-i-n구조는 벌크 헤테로 구조에 비하여 캐리어 방출 등에 뛰어나 용액 프로세스에 의한 디바이스 제작 가능성을 넓힐 수 있을 것이다.

이번 논문에서는 p층과 I층의 p형 재료에 각각 적합한 재료를 이용하여 성능을 향상시키는 데 성공하였으며, 본 연구팀의 콘셉트도 바르다는 것을 실증하였다. 앞으로는 p층과 I층 각각에 적합한 재료를 개발함으로써 보다 한층 성능의 향상이 예상된다. 또한 도포형의 적층유기박막 태양전지로의 전개가 기대된다. 가열을 필요로 하지 않는 온화한 조건에서 유기반도체를 성막할 수 있으므로 얇고 유연한 플라스틱 필름 위에 고성능 유기태양전지를 직접 제작할 수 있을 것으로 기대된다. 그 외 광변환 전구체의 광반응을 이용한 응용으로서 도포형 유기박막 트랜지스터, 유기EL의 정공 운송제, 잠재성 발광재료 등으로의 전개를 생각할 수 있다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

[Canadian Light Source]사의 과학자들은, 전기자동차에 사용되기에 이상적인 높은 에너지와 우수한 충전율을 가진 더 저렴한 물질을 사용하여 축전지를 제작하는 기술의 선두에 있게 되었다.

기존의 내부연소 엔진에서 전기자동차로의 이전작업은 잘 진행 중이다. 그런데 이용할 수 있는 축전지 시스템의 제한된 에너지 저장능력 때문에 현재의 전기자동차가 가진 제한된 주행거리가 전기자동차가 더 많이 도로에서 보이지 않는 중요한 이유이다.

[CLS]사와 웨스턴 대학교 연구진 그룹이 나트륨-공기 축전지의 반응 동역학과 재충전성 문제를 해결하는데 상당한 진전을 이루었다. 그들은 나트륨-공기 축전지 시스템과 화학적 조성 그리고 충전 행태에 대한 이해가 더욱 도로 주행에 가치가 있는 전기자동차 제작에 도움이 될 것이라고 믿고 있다.

"금속-공기 전지는 기존의 리튬-이온 축전지와는 다른 화학적 성질을 사용하여, 휘발유와 경쟁할 정도의 성능을 가지게 한다. 더 높은 에너지 밀도를 가진 새로운 충전용 축전지 시스템의 개발은 전기자동차의 주행거리를 확장시키고 전기자동차를 매일 사용하기에 실용적으로 만들게 될 것"이라고 웨스턴 대학교 기계 및 재료공학과 캐나다 리서치 체어(Canada Research Chair)인 앤디 선(Andy Sun) 박사는 말했다.

"다른 측면으로, 높은 에너지 밀도를 가진 축전지 시스템은 배출가스와 기후변화 영향을 감소시키기 위해 재생에너지 소스를 이용하게 된다"고 그는 말했다.

실험 도중에, 연구진들은 다양한 물리화학적인 조건에서 나트륨-공기 축전지에서 발생하는 다양한 방전 생성물(discharge products)을 검토했다. 과산화나트륨(sodium peroxide)과 초과산화 나트륨(sodium superoxide)과 같은 부산물이 생성되었다. 이러한 방전 생성물에 대한 이해는 축전지 셀의 충전 사이클에 매우 중요한 것인데, 그 이유는 다양한 산화물이 다른 충전특성의 가능성을 가지기 때문이다.

실험은 [CLS]사의 [VLS-PGM beamline]의 강력한 엑스레이를 사용하여 수행되었다.

"우리는 산화나트륨의 다른 상태를 식별하기 위해 표면에 민감한 기술을 사용하여 광전자 엔드스테이션(photoemission endstation)의 고휘도 및 고에너지 해상도를 이용했다. 또한, 우리는 축전지 셀의 동역학적 파라미터를 변화시킴으로써 생성물의 화학적 조성 상의 변화를 모니터링했다"고 이 회사의 스탭 과학자인 지아유 쿠이(Xiaoyu Cui) 박사는 말했다.

연구진들에 의하면, 단 몇 가지의 연구만이 나트륨-공기 축전지 시스템을 다루었으며, 그것도 셀의 화학적 성질 특성에 대한 제한된 이해를 보여주고 있다. 그들의 연구는 [Energy and Environmental Science] 저널에 발표되었고, 저자들은 이 연구결과가 나트륨-공기 축전지의 화학적 성질에 대한 이해를 한층 강화시키고, 거꾸로 충전율과 에너지 효율성 향상에 이바지할 것이라고 밝혔다.

"과거 몇 십 년 동안 충전용 고에너지 금속-공기 축전지 셀의 개발을 위한 많은 연구가 이루어졌지만, 여전히 현재의 전기자동차 수요를 감당할 수 있는 실용적인 고에너지 축전지 시스템을 이룩하려면 가야 할 길이 멀다. 우리는 에너지 밀도와 수명을 증가시키기 위해 다른 축전지 시스템의 물질 개발을 위해 연구를 진행 중"이라고 선(Sun) 박사는 말했다.

"금속-공기 축전지는 리튬-이온 축전지와 같은 다른 축전지 시스템과 비교하여 그렇게 비싸지 않다. 특히, 나트륨-공기 축전지는 사용재료가 자연자원에서 쉽게 공급될 수 있기 때문에 매우 비용효과적이다. 나트륨과 산소는 지구 상에서 가장 흔한 물질들에 속한다"고 선 박사는 덧붙였다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』