부산시는 파워(전력)반도체산업을 미래 신성장 동력산업으로 육성하기 위해 5월 27일 오후 5시 시청 12층 국제회의장에서 전국의 파워반도체 관련 중소·중견기업을 중심으로 구성된 ‘한국전력소자산업협회’ 출범식과 ‘파워반도체 연구기반 구축’ 사업 설명회가 개최됐다. 이 자리에는 서병수 부산시장을 비롯한, 이진복 국회의원, 배덕광 국회의원,  리노공업 대표겸 한국전력소자산업협회 준비위원장인 이채윤 사장, 파워반도체 최종 수요기업인 르노삼성차 이기인 제조본부장, 수도권기업 우진산전 김상용 대표, 기가레인 구황섭 대표 등 파워반도체 관련 기업, 대학, 연구기관 관계자 150여 명이 함께했다. 부산시는 현재 산업통상자원부와 공동으로 SiC, GaN 등 차세대 화합물 파워반도체의 기술개발을 통해 시장 선점 및 산업 경쟁력을 확보하기 위해 ‘차세대 파워반도체 연구기반 구축’ 사업을 추진 중에 있다.
본 사업은 2017년부터 2023년까지 7년간 총사업비 2,333억 원(국비 1,840억 원, 지방비 205억 원, 민자 288억 원)을 △R&D부문 1,148억 원 △기반구축부문 1,185억 원 투입할 예정으로, 올해 7월 예비타당성조사를 신청할 계획이다. SiC, GaN 등 차세대 화합물 파워반도체 기술개발과 파워반도체의 시제품제작·시험생산시설을 구축해 동남권지역의 파워반도체 산업 육성을 도모한다.
본 사업의 성공적 추진을 위해 출범한 ‘한국전력소자산업협회’는 파워반도체 관련 중소·중견기업을 중심으로 팹리스·파운드리·재료설비·신뢰성분석·수요기업 등 100여개 업체가 참여했다. 6월 중순 창립총회를 개최하고, 6월 하순경에 산업통상자원부로부터 협회등록 및 인가를 받아 본격적으로 활동할 계획이다.
차세대 화합물 파워소자 기술개발을 통해 파워반도체 산업의 경쟁력 우위 선점을 위해 각국에서 치열한 각축전을 벌이고 있는 시점에서 이번 ‘한국전력소자산업협회’ 출범은 파워반도체 산업인들의 역량 결집과 정보교류의 장을 제공할 것으로 기대된다.

한국서부발전과 그린사이언스는 5월 18일 서부발전 본사에서 가까운 미래에 플라즈마 가스화발전이 세계 에너지시장의 주역으로 부상할 것에 공감하고 “플라즈마 가스화발전사업 협력을 위한 양해각서”를 체결했다. 이번 MOU를 통해 양사는 그린사이언스가 개발한 플라즈마 가스화발전 기술을 이용하여 국내외에서 발전사업을 추진하는데 상호 협력하기로 했다.
플라즈마 가스화발전 기술은 마이크로웨이브를 통하여 스팀플라즈마를 발생시켜 가연성 연료를 가스화하고, 여기서 생성된 합성가스를 이용하여 발전하는 기술로써 공해 없이 전기와 스팀 생산이 가능하다는 점에서 크게 주목받고 있다.
행사에는 서부발전의 김동섭 기술본부장, 권유환 엔지니어링실장, 그린사이언스에서는 이봉주 대표이사 등이 참석했으며, 특히 이날 협약 체결을 통해 양사는 가축분뇨를 포함한 생활쓰레기를 연료로 한 가스화 발전소를 강원도 지역에 공동으로 추진할 것을 검토하기로 했다. 이에 따라 앞으로 플라즈마 가스화기 상용화, 석탄가스화연료전지(IGFC) 개발 등 가스화발전 기술은 우리나라의 차세대 성장동력이 될 것으로 전망되고 있다.

산업통상자원부는 5월 27일 제주첨단과학기술단지 대강당에서 전기차 배터리 리스 사업 출범식과 성공지원을 위한 협약식을 갖고 민간시장에 의한 전기차 보급에 본격 나선다고 밝혔다. 이번 사업은 운송업체가 배터리를 뺀 가격을 지불해 초기비용을 낮추고, 매월 연료비절감분으로 배터리 가격을 분할 납부하는 모델이다. 운행거리가 긴 버스, 택시, 렌터카 업체는 전기차의 연료비 절감 효과가 커서 배터리 임대료(이하 리스)를 납부해도 이익이 생긴다고 밝혔다.
이번 사업으로 앞으로 3년 동안 제주도 내에 공공운수서비스사업용 전기버스 119대와 전기택시·렌터카 1천 대를 보급한다. 이번 사업은 지난해 기후변화 위기대응 ‘에너지 신산업 창출방안’(‘14.7월)과 지난 4월에 범부처가 공동으로 마련한 3년간의 에너지신산업육성 계획인 ‘에너지신산업활성화 및 핵심기술개발 전략’의 성과다. 정양호 산업부 에너지자원실장은 축사를 통해 “우리나라는 세계 최고수준의 자동차, 정보통신 및 배터리 생산기술을 가지고 있어 세계 전기차산업의 선두 국가로 우뚝 설 수 있다”면서, 이번 사업이 제주도를 시작으로 전국적으로 확산되고, 나아가서는 성공모델이 해외에도 수출되기를 기대한다”라고 말했다. 이번 행사의 부대행사로 사업의 착수를 알리는 (주)비긴스제주의 현판식을 가졌으며, 이어서 전기차생태계 활성화를 위한 전문가토론회를 열었다.
산업부는 올해 사업자 모집 공고를 통해 (주)비긴스제주를 사업자로 최종 선정하였으며, LS산전, 삼성테크윈 및 자일대우버스와 같은 유수의 전문기업과 협력해 성공적인 사업추진체계를 갖췄다. (주)비긴스제주는 올해 9월경까지 충전시설 및 통합관제센터 등 운영인프라를 준비한 후에 고객을 대상으로 서비스를 시작한다.

고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cells, SOFCs)는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접적으로 변환시키는 연료전지의 한 종류이다. 이러한 전지는 전력 생산의 효율성을 높이는 동시에 친환경적인 장점을 가지고 있어 미래 에너지원으로서 매우 유망하다.
고체산화물 연료전지의 중요한 부분은 이온 전도성을 가지고 있는 산화물 전극으로, 산소 이온을 산소 공공을 통해서 선택적으로 전달하는 역할을 한다. 이러한 전지의 효율성을 높이기 위해서는 산소 표면 에너지를 높이는 것이 매우 중요한 부분을 차지한다.
고체산화물연료전지 내에서 Gd2O가 도핑된 세리아(GDC)는 현재 보편적으로 사용되고 있는 이트리아 안전화 지르코니아 전극(Yttria-stabilized Zirconia Electrolyte)의 대체제로 매우 매력적이라는 평가다. 또한, 600~800°C의 온도 범위에서 높은 이온 전도성은 고체산화물연료전지가 상대적으로 낮은 온도에서 효율성이 높은 전지를 만드는 것을 가능케 할 수 있다. 효율성이 높은 고체산화물 연료전지 개발을 위해서는 GDC 표면과 산소 표면의 이온 교환을 이해하는 것이 필요하다. 이번에 일본 츠쿠바 첨단국립과학대학 연구진은 이러한 메커니즘을 밝혀내는데 성공했는데, 펄스 레이저 증착법을 이용해 성장된 에피 GDC 박막을 사용해 산소 표면 반응에서 미세 구조체의 강한 효과를 밝혀냈다.

일본과 영국 연구진은 전자스핀(Electron Spin) 전류가 상온에서 게르마늄을 통해 0.5마이크론 이상을 이동할 수 있다는 것을 증명했다. 과학자들은 게르마늄이 매우 낮은 온도에서 스핀을 전달할 수 있는 우수한 전도체이라고 알고 있지만, 이것이 상온에서 스핀을 전달할 수 있는 능력은 아직 증명되지 않았었다. 이 연구결과는 반도체가 스핀트로닉스 장치를 만드는데 사용될 수 있다는 것을 보여줬으며, 스핀트로닉스 장치가 정보를 저장하고 처리하기 위해서 전자스핀의 자기 모멘트를 활용할 수 있다는 점을 증명했다.
실제 스핀트로닉스 장치들은 만들기가 매우 어렵다. 이것은 전자스핀이 대부분의 재료 속에서 매우 멀리 이동할 수 없고 따라서 정보가 빠르게 사라지기 때문이다. 연구에 따르면 이런 문제점은 ‘스핀 궤도 상호작용(Spin-orbit Interaction)’이라고 불리는 잘 알려진 효과로 극복될 수 있다. 전자가 재료를 통과할 때, 양으로 대전된 원자들의 운동은 전자스핀을 회전시키는 자기장을 생성한다. 대부분의 재료의 경우에, 이것은 매우 짧은 거리에서 스핀 전류를 빠르게 파괴하는 결과를 초래한다. 다행히도 일부 반도체들은 매우 약한 스핀퀘도 상호작용을 가지고 있기 때문에 실리콘과 게르마늄을 포함하는 전자장치에 이미 사용되고 있다. 많은 노력들이 이런 재료들의 스핀-전달 특성을 조사하는데 투입되고 있다.

미국 메릴랜드 대학(University of Maryland, UMD) 소속의 공학자들은 한 가지 재료로 고체 상태 리튬 이온 배터리(Solid-state Li-ion Battery)를 생성하는 데 성공했다. 동 대학 화학 생명 공학부 소속의 Chunsheng Wang 교수와 그의 연구팀은 전극(Electrode, 양극과 음극)과 전해질(Electrolyte)의 두 가지 특성이 통합된 단일 재료를 만들었다.
새로운 재료는 황, 게르마늄, 인 및 리튬 등의 혼합물(Li10GeP2S12)로 이뤄지며, 이 화합물은 이온을 이동시키는 전해질(Ion-moving Electrolyte)로 사용됐고, 각 배터리의 끝에서 과학자들은 배터리가 충전과 방전할 때 전해질을 통해 이온을 앞뒤로 추진시키는 전극을 형성하기 위하여 탄소를 추가했다. Li10GeP2S12에서 Li-S과 Ge-S 구성 원소는 각각 자체적인 음극과 양극 성능에 대한 활성을 중심으로 작용한다.
Advanced Materials 저널에 발표된 논문에서, 연구팀은 단일-Li10GeP2S12 배터리가 계면 접촉과 상호작용의 개선과 계면 간 스트레스의 억제 등을 통해 우수한 성능으로 이어질 수 있는 낮은 계면 저항을 나타냈다고 밝혔다.

현재의 마이크로 프로세서는 많은 에너지를 소비하고 있다. 이는 새로운 슈퍼 컴퓨터와 같은 고속 소자를 연속으로 사용하는 시스템이 엄청난 양의 전력을 소비하는 주요 원인이 된다. 이러한 전력 소비는 핵발전소 건설 등으로 이어지고 있으며, 인터넷으로 모든 것이 연결되도록 하는 사물인터넷 시대를 앞당기는 데에도 걸림돌이 되고 있다. 배터리 사용량을 줄이고 정보 및 통신을 거의 무한으로 주고 받기 위해서도 전자 소자의 소형화와 더불어 에너지 소비를 줄이는 것은 점점 더 중요한 위치를 차지하고 있다.
미국 나노전자연구혁신센터 연구진은 이러한 한계를 극복하는 새로운 방법을 찾고자 현재 노력하고 있다. 2004년부터 물리적인 스위치의 기본적인 한계를 극복하고자 ‘그랜드첼린지(Grand Challenge)’를 개최하고 있다. 유럽의 미래선도기술프로그램의 재정적 지원을 받고 있으며 이를 통해서 컴퓨팅 소자의 에너지 소비를 최소화하는 프로젝트를 진행중이다. 정보를 처리하는 과정에서 소비되는 에너지를 줄이고자 하는 연구에는 다음과 같이 중요한 의문점이 거론된다. 계산에 필요한 최소한의 에너지의 양은 얼마인가? 또한 전기 에너지를 열에너지로 변화되는 과정에서 소자의 소형화는 어떠한 영향을 미치는가? 이러한 질문은 매우 중요한 의미를 가지고 있다. 새로운 소자를 만들어 기존의 실리콘 반도체를 대체하기 위한 연구와 무전력 ICT 시스템 구현을 위한 나노자기 및 나노-전기기계 시스템의 설계에 대한 연구가 현재 활발히 진행되고 있다.

국립연구개발법인 신에너지산업기술종합개발기구(New Energy and Industrial Technology Development Organization, NEDO) 프로젝트의 일환으로 주식회사 사쿠라크레이패스는 플라즈마에 의해 변색되는 재료를 이용해 변색 정도의 차이에 따라 플라즈마의 불균일 요인을 시각적으로 순간적으로 판단할 수 있는 플라즈마 인디케이터(내열성 라벨형)를 개발했다.
이번에 개발한 인디케이터는 종래 유기재료로 구성됐던 변색재료를 새롭게 개발한 무기재료로 전환시켜 기재에 폴리이미드를 채용해 높은 내열성(200도)과 방출가스의 저감을 실현했다.
이 기술은 고온에서의 가공과 청정성이 요구되는 반도체 제조 프로세스에서 양산라인의 장치 가동률 향상, 장치간 차이 해소에 공헌할 것으로 예상됨에 따라 NEDO에서는 향후 반도체, LED, 기타 전자디바이스 분야의 제조장치 시장 이외에도 자동차, 의료기기 등 타분야의 제조장치 시장에서의 채용을 목표로 하고 있다.

미세전자기계시스템(Microelectromechanical Systems, MEMS) 및 전자기기의 소형화는 산업적으로 생산이 가능한 높은 효율의 신뢰성 있는 소형 전원공급장치에 대한 수요를 가속화시켰다. 일본 도호쿠대학(Tohoku University) 산하 WPI-AIMR(WPI Advanced Institute for Materials Research)의 연구원들은 현존하는 MEMs 가공기술을 사용해 뛰어난 에너지 및 전력밀도를 가지는 마이크로크기의 유사커패시터(Micro-sized Psuedocapacitor, MPC)를 개발했다. 이런 기기는 MEMs 가공을 통해 제조되기 때문에, 기존의 전자회로 기술에 바로 접목시킬 수 있으며 안정적인 초소형 전력공급칩(On-chip Micro Power Supplies)으로 사용하는데 적절하다.
마이크로커패시터(Microcapacitor)는 이산화망간(Manganese Oxide, MnO2)이 도금된 나노다공성 금으로 구성된 8개의 핀들이 맞물린 전극 2개로 구성돼 있으며, 전해질에 담겨 있다. 이 기기는 수용성 LiCl, 고체, PVC-LiCl 하이드로겔 고분자 및 이온성 액체 기반의 ionogel이라는 여러 가지 전해질 상에서 테스트됐으며, 기존의 탄소/그래핀 기반의 마이크로슈퍼커패시터(Micro-supercapacitor, MSC)에 비해 각 경우 모두 우수한 성능을 보였다. 또한, 모든 경우에서 탄소 기반의 마이크로슈퍼커패시터보다 훨씬 높은 정전용량(Mapacitance)을 나타냈다. 수용성 전해질로 채워진 MPCs에 비해 ionogel로 채워진 MPC의 경우 정전용량이 감소하지만, 동작전압이 크게 증가하기 때문에 에너지 밀도는 훨씬 높은 것으로 평가됐다.

알링톤 텍사스 공과대학의 연구원은 대형 배터리가 미해군이 사용하는 동안에 안전하고 효율적으로 가동될 수 있게 하는 연구를 수행하고 있다. 전기공학과 조교수인 David Wetz는 고속으로 배터리를 가동할 때 배터리가 노화되는 현상을 조사하기 위해 미해군으로부터 801,224불의 연구비를 받아 수행하고 있다.
그는 “해군이 중요하게 여기는 핵심은 군함의 크기 여유 때문에 안전, 크기 및 무게에 집중하고 있다. 공간 내에 잘 맞추기 위해서 배터리는 종종 약간 수명이 짧아질 수 있다고 할지라도 임무를 수행하기 위해 고출력으로 작동돼야 한다”며, “이 작업은 대부분의 다른 배터리 연구와는 다르다. 예를 들면, 휴대폰, 자동차 심지어는 그리드에서 사용되는 경우와 다른데 이는 안전성과 내구성이 주요 핵심이어서 소비자들이 빈번한 교체경비에 대한 불편은 느끼지 않게 된다”고 설명했다.
알링톤 공과대학 학장인 Khosrow Behbehani는 “Wetz의 연구는 해군의 주요관심 분야”라며, “Wetz 박사가 발견한 것은 산업체 응용뿐만 아니라 해군에도 매우 의미 있게 활용될 수 있다. 배터리는 확실히 미군 해군 용도로 디자인되고 시험될 때 보다 신뢰할 수 있고 강력하다. 그러나 고출력 및 장기적으로 사용할 수 있는 배터리는 운송에서부터 고장을 방지하는 전력 분배 및 재생에너지에 이르기까지 응용 분야가 매우 많다”고 전했다.