군산대 김준동 교수팀, 3차원 구조 차세대 태양전지 개발

군산대학교(총장 채정룡) 전기공학과 김준동 교수팀이 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 근간 기술인 입체구조의 3차원 형상을 활용한 태양전지 기술을 개발하였다.

현재까지 개발된 태양전지는 투명전극 사용에서 박막형태로 주로 사용되는데, 이번 연구에서는 3차원 입체구조의 투명전극이 효과적으로 입사광을 빛의 흡수층에 전파하는 매개역할을 하는 기능성 구조를 개발하였다.

이 기술 개발을 주도한 김준동 교수는 “본 기술은 현재 세계적인 선두그룹에서 발표한 3차원 구조 태양전지의 결과보다 앞선 결과”이며, “기존 선점된 외국기술을 뛰어넘을 국내 고유의 태양전지 기술로 발전하는 근간이 될 것”이라고 밝혔다.

김 교수 연구팀이 에너지기술평가원 (KETEP)의 지원을 받아 수행 중인 ‘다기능 접합특성을 이용한 태양전지 효율 향상 기술개발’의 연구 과제를 통해 개발한 이 기술은 성균관대 이준신 교수팀, 이화여대 김동욱 교수팀, 한국기계연구원 최병익 박사팀 등과 연계하여 각 기관 고유기술의 다제간 협업으로 시너지를 낸 것이다.

한편 기술개발에 주도적인 역할을 담당한 김민건 연구원(성균관대 정보통신공학부, 석사 2년 차)은 “이번 기술은 대면적 태양전지에 적용이 가능한 실용특화기술”이라며, “계속된 연구로 향후 더욱 진보한 결과를 발표 할 것”이라고 말했다.

3차원 입체형 투명구조 태양전지는 향후 고효율 태양전지에의 적용뿐 아니라 LED, 디스플레이, 조명기기 등의 광전소자 분야에 폭넓게 이용될 근간기술로 현재 국내특허출원 진행 중이다. 연구 결과는 최근 미국의 유명 저널인 “Applied Physics Letters”에 발표되어 주목받은 바 있다.

김준동 교수팀은 이화여대 김동욱 교수팀 등과 함께 이 기술을 활용한 고성능 태양전지의 효율 향상과 더욱 향상된 혁신기술 개발을 위해 매진하고 있는 것으로 알려졌다.

<출처: 군산대학교>

생명체로부터 전기에너지를 꺼내 쓴다

SF영화 매트릭스에서 가장 기억에 남는 장면 중 하나는 검은색 가죽 코트를 입은 주인공 ‘네오’가 공중부양을 하며 악당들을 향해 하이킥을 날리는 장면일 것이다. 하지만 매트릭스에서 제일 충격적인 장면은 사람의 신체가 인큐베이터 속에 가둬진 ‘인간 배터리’로서 전기에너지의 공급원으로 사용되는 인간 배터리 공장 장면이었다.

영화에서와 같이 생명체를 이용하여 전기를 생산하는 기술이 점차 현실화되고 있다. 최근에 부각되고 있는 생물연료전지(Bio Fuel Cell) 기술은 생물의 대사과정을 이용하여 미생물이나 효소로부터 전기를 생산하는 기술이다. 생물연료전지는 유기물을 이용하므로, 폐수, 토양, 식물, 동물 심지어는 영화 매트릭스에서처럼 인간을 이용하여 전기를 만들 수 있어 응용분야가 매우 광범위하다.

생물연료전지 연구의 효시는 1960년대 우주개발을 주도하던 미국이었다. 우주폐기물을 우주로 배출하거나 지구로 되가져올 수 없는 문제를 해결하고자 연구를 시작하였으나, 미생물이나 효소의 매개체가 갖는 문제점과 전지 출력의 한계로 인하여 그간 연구가 활발하지 않았다.

그러나 최근 환경친화적이고 다양한 응용이 가능한 생물연료전지가 갖는 장점이 주목을 받고 있다. 즉, 스스로 전기에너지를 생산하고 이 전기 에너지를 이용하여 폐수와 같은 유기 폐기물을 처리하여 매우 낮은 비용으로 환경문제를 해결하는 것이 가능하다.

생물연료전지의 또 다른 장점은 일반적인 연료전지와 달리 관리가 힘든 수소 또는 최근 국가 간 자원 전쟁까지 유발시키고 있는 희토류 및 비싼 귀금속 같은 무기물을 사용하지 않고 유기물인 생체물질을 이용한다는 점이다.

이에 따라, 한국과학기술기획평가원(KISTEP)은 올해 3월, 미생물 연료전지를 십 년 후 한국경제를 책임질 미래 10대 유망기술 중 하나로 선정한 바 있다.

생물연료전지는 이용되는 생체물질의 종류에 따라 크게 미생물 연료전지(MFC, Microbial Fuel Cell)와 효소촉매반응 연료전지(ECFC, Enzyme Catalyst Fuel Cell)로 나뉜다. 미생물 연료전지(MFC)는 음식물 쓰레기나 폐수 같은 유기성 오염물질을 연료로 사용, 저비용・친환경적으로 오염물질을 처리한다.

이에 반해, 효소촉매반응 연료전지(ECFC)는 생명체의 혈액 속 당분을 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 것으로, 인체 내에 삽입되는 소형의료장치로부터 곤충 또는 쥐와 융합된 사이보그형 생체로봇에 이르기까지 다양한 응용분야가 있다.

특허청(청장 김호원) 자료에 의하면, 한・미・일・유럽 등 주요국의 미생물 연료전지 분야 특허출원이 2005년까지 57건에 불과했으나, 2006년 이후 343건으로 증가하였으며, 효소촉매반응 연료전지 분야 특허출원도 2004년까지 47건에서 2005년 이후 135건으로 증가되어, 각국이 생물연료전지 연구개발에 박차를 가하고 있다.

국가별로는 미국이 미생물 연료전지분야 특허출원 210건으로 선두를 달리고 있으며, 우리나라는 82건으로 유럽(29건), 일본(21건)에 앞서고 있다. 특히 우리나라는 미생물 연료전지 기술 실용화의 걸림돌인 단위 출력을 향상시키는 모듈화 기술 등 구조체 관련 출원이 활발하다. 반면, 효소촉매반응 연료전지 분야에서는 일본이 82건으로 상당히 앞서 있고, 미국(66건)과 한국(26건)이 그 뒤를 잇고 있다.

생물연료전지 분야는 아직 특정 국가가 절대적 기술우위를 점하지 못하고 있는 연구개발 초기단계인 만큼, 효율적인 산・학・연 협력과 선제적 투자가 이루어진다면 미래 한국경제의 한 축을 담당할 산업으로 육성이 가능하다.

박길채 환경에너지심사과장은 “생물연료전지는 이제 영화속 흥밋거리가 아닌 현실의 산업으로 부각되고 있으므로, 우리나라의 미래 먹거리 기술로 키워나가기 위해 로봇기술, 약물전달장치 기술 등과의 융합 연구를 통해 응용분야를 선점하고, 기술 전쟁 시대에 대비해 원천특허를 미리 확보할 필요가 있다”고 말했다.

<출처: 특허청>

KERI, 초전도 및 전기차 등 2개 기술이전

전기전문 정부 출연연구기관인 한국전기연구원(KERI・원장 김호용 www.keri.re.kr)의 초전도 및 전기자동차 관련 기술이 대기업 및 중견기업에서 본격 상용화될 전망이다.

한국전기연구원과 LS전선은 20일 한국전기연구원 창원본원에서 조전욱 박사팀이 개발한 초전도 케이블 시스템 기술에 대한 기술이전 조인식을 가졌다.

한국전기연구원(KERI) 조전욱 박사팀이 ‘차세대초전도응용기술개발사업단’에 참여해 개발한 세계 최고 수준의 송전급 초전도 케이블 시스템 기술과 관련해 LS전선이 KERI가 보유한 특허 61건과 프로그램 3건 등에 대해 정액기술료 21억7,000만원을 지급한다는 조건이다.

KERI는 또한 이전기술의 상용화에 따른 매출액의 0.5%를 경상기술료로 받게 돼 추가적인 기술료 수입을 기대할 수 있게 됐다.

KERI는 또한 같은 날 오후 전기차 관련 기술을 로엔케이에 이전하는 조인식을 가졌다.

로엔케이는 KERI로부터 전기자동차 충전을 위한 전력선 통신 모뎀 및 특허 등 전기차 관련 기술 도입을 하게 된다.

계약금은 착수기본료 8,000만원과 해당 기술을 이용한 국내 판매액의 3%를 지급하는 방식이다.

<출처: 한국전기연구원>

KERI, 시험인증용 제어 프로그램 기술 이전

세계 3대 공인 전력기기 시험인증 기관으로서 전력기기에 대한 성능평가를 수행하고 있는 한국전기연구원(KERI・원장 김호용 www.keri.re.kr) 이동준 박사팀은 최근 계측 및 제어기기 연구개발・생산업체인 동영기술(주)에 대전력시험용 시퀀스 타이머 제어 프로그램을 기술 이전했다.

‘시퀀스 타이머’는 전력계통에서 발생할 수 있는 사고와 동일한 현상을 발생시키기 위해 시험 전에 사전에 설정한 시나리오대로 각종 차단기, 발전기, 측정시스템 등의 동작을 1/10,000초까지 정밀제어하는 대전력시험 핵심기기이다. 전력계통에서 발생하는 사고는 시간이 밀리세컨드(천분의 1초)만 변화해도 큰 차이가 있기 때문에 고도의 정밀성이 요구되는 중전기기 대전력시험 필수 장비 중 하나이자 대전력시험의 두뇌에 해당한다.

이번에 이전한 기술은 전력시험용 시퀀스 타이머를 정밀제어할 수 있는 프로그램으로 풍부한 대전력시험 경험을 바탕으로 최적의 사용 조건을 제공한다. 출력 타이밍의 경우 시간 또는 사이클을 모두 제공하고 시험 시퀀스 프로그램 작성에 있어 직관적인 타이밍 차트를 제공한다. 또한 시험 중 에러 발생할 경우에도 사전에 설정한 절차에 따라 시스템 보호용 채널이 동작하도록 해준다.

특히 이번 기술이전은 전문 연구부서가 아닌 시험인증부서에서 직접 시험용 기기를 개발하고 기술 이전했다는 점에서 의미가 있다.

한편, 이동준 박사팀이 개발한 시퀀스 타이머는 중전기기 대전력 시험에 적용할 수 있으며, 수입품 대비 50%의 가격으로 생산이 가능하다.

<출처: 한국전기연구원>