전기 발광(Electroluminescent) 저항 효과(Resistive Effect)에 기반한 저항 랜덤 액세스 메모리(Resistive Random Access Memory, RRAM)는 비(非)휘발성(Nonvolatile) 메모리로 구조가 간단하고, 에너지 소모가 적으며, 밀도가 높고, 신속히 해독할 수 있는 등 강점을 보유하고 있기 때문에 발전 잠재력이 제일 큰 이머징 메모리 기술 중 하나로 평가 받고 있다. 동시에 웨어러블(Wearable) 전자 디바이스의 신속한 발전에 따라 플렉시블 전기 발광 저항 재료와 플렉시블 저항 메모리 디바이스 연구개발은 현재 과학기술계와 산업계의 높은 관심을 받고 있는 상황이다.
중국과학원 자성 재료 및 디바이스(Magnetic Materials and Devices) 중점 실험실(닝보 재료 기술 및 공정 연구소) 리룬워이연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 무기 및 유기 재료의 저항 효과 및 메커니즘에 대한 연구를 실행해 다양한 혁신적 과학연구 성과로 이슈가 되고 있다.
연구팀은 BiFeO3(Appl. Phys. Lett. 97, 042101(2010)), ZnO(Adv. Mater., 24, 3941 (2012)), HfO2(Adv. Funct. Mater. 24, 2110（2014）), 산화 그래핀(Appl. Phys. Lett. 95，232101(2009)， J. Mater. Chem. 22, 16422(2012)), 폴리 쉬프베이스(PA-TsOH)(J. Am. Chem. Soc, 134, 17408-17411 (2012)) 박막 등 재료 시스템 속에서 전기 필드 제어 활성 금속 이온 혹은 산소 이온 이전, 기능 그룹 흡수/탈착, 유기 이온 도핑 등 물리화학 과정을 통해 안정적인 저항 효과를 취득하는데 성공했다.

노르웨이의 한 연구진은 박테리아(Bacteria)를 활용해 연료전지(Fuel Cell)의 동력을 성공적으로 공급하는데 성공했다. 폐수가 연료로 활용된 이 공정은 정화된 물과 전기를 각각 생산해냈다.
산업 설비나 이와 유사한 공정에서 발생하는 폐수를 정화할 수 있는 친환경적인 공정이란 평을 받고 있는 이 방법은 소량의 전기 생산이 가능하다. 여기서 생산하는 전기는 소형 팬(Fan), 센서 또는 발광다이오드(Light-emitting Diode)를 구동하는데 활용된다. 연구진은 향후 이 기술의 적용규모를 확대해 정수처리 공정 자체에 필요한 전기를 직접 공급할 계획이라고 밝혔다.
정수처리 공정은 일반적으로 여러 단계를 거치며, 시작부터 에너지가 소요되는 기계적 오염 제거(Decontamination) 공정을 적용하고 있다. 생물학적 연료전지(Biological Fuel Cell)는 살아있는 미생물의 도움을 받기 때문에 완전한 천연 공정이라 할 수 있다.
SINTEF 연구원이자 동료인 Roman Netzer와 함께 이번 프로젝트를 수행 중인 Luis Cesar Colmenares는 “간단히 말해서 이러한 종류의 연료전지는 박테리아가 물에서 발견되는 폐기물을 소비하기 때문에 작동할 수 있는 것”이라며, “박테리아는 폐기물을 소비하면서 전자와 양성자(Proton)를 생산하게 된다. 이들 입자 간에서 발생하는 전압은 우리가 활용할 수 있는 에너지를 생산하며, 이 과정에서 폐수내 폐기물인 유기물질을 소비하기 때문에 물을 정화시킬 수 있는 것”이라고 설명했다.

▲ 박테리아 (사진. KISTI)

미 에너지부(U.S. Department of Energy)에서 개발한 물질을 기반으로 하는 리튬이온 배터리(Lithium-ion Battery)가 아직은 실험실 단계이지만, 대부분의 전기자동차(Electric Car)에 사용되는 배터리와 비교했을 때 최대 두 배의 에너지를 저장할 수 있을 것이라고 발표했다. Seeo의 CEO인 Hal Zarem은 이 기술을 성공적으로 상업화할 수 있다면 한 번의 충전으로 200마일 이상을 주행할 수 있는 경제적인 전기자동차를 운전할 것이라 밝혔다. 오늘날 가장 저렴한 전기자동차의 가격은 약 30,000달러 수준이며, 이들의 주행거리는 보통 100마일이 채 되지 않는다.
그러나 새로운 배터리는 저장용량을 개선해 현재 전기차의 평균 운행거리를 유지하면서 배터리 팩의 크기는 절반으로 줄일 수 있어 전기차의 가격을 낮추는데 도움을 줄 것으로 보인다. 미 캘리포니아 주 Hayward에 기반을 두고 있는 Seeo사는 잠재적인 고객들의 평가를 받기 위해 2015년에 제품 선적을 시작하겠다는 계획을 가지고 있다. Seeo사의 배터리 시제품은 고체 상태 배터리(Solid-state Battery)이며, 이는 일반 리튬이온 배터리에 사용되는 액상 전해질을 고체로 대체한 것이다.
고체 전해질은 다양한 장점을 가지고 있다. Seeo가 개발한 제품은 순수 리튬을 사용하며, 이는 보다 많은 에너지를 저장할 수 있다. 다른 회사들도 고체 전해질과 순수 리튬을 사용하는 배터리를 개발했으나 Seeo사가 도달한 에너지 저장 용량 대비 낮은 것으로 나타났다. 보통 고체 전해질은 액체 전해질만큼 이온을 잘 전달하지 못한다. 또한 순수 리튬은 단락을 유발하는 금속 필라멘트(Metal Filament)나 덴드라이트(Dendrite)를 형성하는 경향이 있으나, Seeo의 고체 전해질은 부드러우면서 이온을 운반하고, 단단하면서 전극 사이에서 물리적 장벽을 형성하는 두 개의 고분자 층을 포함하고 있어 덴드라이트가 형성되는 것을 방지한다.