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2019
19-12-05
"Prof. Yong-Mook Kang has been appointed as a member of Y-KAST (Young Korean Academy of Science and Technology) from 2020"
한국과학기술한림원, 김석 서울대 교수 등 젊은 유망 과학자 26명 신입회원 선발
한국과학기술한림원은 김석 서울대 물리천문학부 교수 등 한국 미래를 선도할 젊은 과학자 26명을 차세대한림원신입회원(Y-KAST)으로 선정했다고 5일 발표했다.
새로 선정된 회원은 김석 서울대 교수(입자물리)·문회리 울산과학기술원(UNIST) 교수(무기화학) 등 이학분야 5명, 강용묵 고려대 교수(재료공학)·박호석 성균관대 교수(화학공학) 등 공학부 12명, 김영국 서울대 교수(안과학) 등 의약학부 7명 등 총 26명이다. 김석 교수는 양자장이론, 초끈이론 등 분야에서 국제적인 연구성과를 내고 있다. 박호석 교수는 꿈의 신소재중 하나로 불리는 2차원 반도체 포스포린의 에너지 저장 메커니즘을 밝혀 주목받고 있다.
이번에 선정된 회원 평균 나이는 만 40.7세다. 한민구 과학기술한림원 원장은 "각 분야에서 절정의 기량을 보이고 있는 연구자들을 선정했다"며 "이들의 목소리에 귀 기울여 젊은 과학자들이 연구하기 좋은 환경을 만들고 향후 세계적 리더로 성장할 수 있도록 지원하겠다"고 말했다.
이해성 기자 ihs@hankyung.com
19-09-24
"ESCML publish paper about present a new paradigm that can fundamentally overcome changes in layered cathode material structure"
세계적 학술지 기재..기술적 한계 극복 가능성 제시
인더뉴스 이진솔 기자ㅣ차세대 반도체, 2차 전지 분야에서 기술 한계를 극복할 연구 성과가 나왔다. 모두 삼성전자가 2년 전부터 지원해온 연구 과제다.
삼성전자는 삼성미래기술육성사업 지원을 받는 미래 부품 소재 연구 과제가 세계적인 학술지에 기재되며 성과를 내고 있다고 24일 밝혔다.
삼성전자는 지난 2013년부터 삼성미래기술육성사업으로 10년간 1조 5000억 원을 지원하고 있다. 지금까지 534개 과제에 6852억 원을 집행했다.
성균관대 윤원섭 교수팀과 고려대 강용문 교수 공동연구팀. 사진 | 삼성전자
삼성전자에 따르면 고려대 신소재공학부 이경진 교수 연구팀이 국제 공동연구로 개발한 차세대 반도체 분야 신기술이 지난 18일(현지 시간) 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 발표됐다. 지난 2017년 12월 삼성전자가 삼성미래기술육성사업 지원과제로 선정한 연구다.
세계 최초로 개발된 이번 연구는 새로운 자성소재로 MDW(Magnetic Domain Wall)-MRAM 소비 전력을 95% 이상 줄이는 원천기술이다.
DRAM은 초고속 데이터처리, 고밀도 저장, 저전력 구동 등 강점이 있지만, 데이터가 저장되도록 전원 공급이 끊임없이 이어져야 한다. 전원 문제를 해결하고자 자성 소재에 스핀을 주입해 구동하는 MDW-MRAM이 개발됐다. 하지만 고밀도 데이터를 저장하는데 필요한 구동 전류가 너무 높다는 단점이 있었다.
이경진 교수 연구팀은 MDW-MRAM에 기존 강자성(Ferromagnets) 소재를 새로운 페리자성(Ferrimagnets) 소재로 바꿨다. 그 결과 스핀 전달 효율이 20배 정도로 커져 구동 전류 효율이 20배 이상 개선됐다. 삼성전자는 “소비전력을 전보다 95% 이상 절감할 돌파구를 제시한 것”이라고 평가했다.
이경진 교수는 “이번 연구 결과는 차세대 MDW-MRAM 기술 난제였던 높은 전력 소모 문제를 해결할 가능성을 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다”며 “MRAM은 비휘발성, 고밀도, 저전력을 동시에 만족하는 특성이 있어 향후 4차 산업혁명 기술발전에 있어 파급 효과가 클 것으로 기대한다”고 말했다.
2차 전지 연구에서도 신기술에 적용될 성과가 나왔다. 성균관대 윤원섭 교수와 고려대 강용묵 교수 공동 연구팀은 2차 전지 충전용량 한계를 극복할 기술을 개발했다.
이 기술은 지난 2일 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 발표됐다. 삼성전자는 이번 연구를 지난 2017년 6월부터 지원해왔다.
2차 전지를 얼마나 오래 쓸 수 있는지는 양극 소재 성능이 결정한다. 현재 양극 소재는 전기를 운반하는 양이온층과 금속산화물층이 교대로 적층된 형태다. 전지 충전과 방전 과정에서 일정량이 넘는 양이온이 움직이면 층간 구조가 무너져 회복되지 않는 성질이 있다.
이때 구조 변화에 따라 양극 소재가 본래 저장할 수 있는 충전용량을 모두 사용할 수 없다는 문제가 발생한다. 이는 2차 전지 성능 한계로 지적돼왔다.
공동 연구팀은 망간계 산화물인 버네사이트(Birnessite)를 이용하면 층과 층 사이에 있는 결정수(crystal water) 양과 위치에 따라 층간 구조적 특징을 제어할 수 있다는 점에 착안했다. 이를 활용하면 충전과 방전 과정에서 생기는 구조 변화를 가역적으로 바꿀 가능성이 생긴다.
윤완섭 교수는 “이번 연구 결과는 충·방전 과정에서 생기는 양극 소재 구조 변화를 근본적으로 뛰어넘을 수 있는 새로운 패러다임을 최초로 제시한 연구 결과”라고 말했다.
강용묵 교수는 “가역적 구조변화가 다양한 적층 소재에 확대 적용될 수 있다면 이론적 한계에 거의 도달한 2차 전지 양극 소재 개발에 박차를 가할 것”이라고 말했다.
이진솔 기자 jinsol@inthenews.co.kr
Tagged: 2차전지, MRAM, 미래기술연구, 삼성전자
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19-09-10
"Article titled "Triggered reversible phase transformation between layered and spinel structure in manganese-based layered compounds" has been featured in a Nature Communications Editors’ Highlights webpage."
19-07-17
"Dr. Kai Zhang's paper won Nano Research 2019 Top Paper Award"
The prized paper is "Cobalt phosphide nanoparticles embedded in N-doped carbon nanosheets: a promising anode material with high rate capability and long life for sodium-ion batteries; Kai Zhang, Mihui Park, Jing Zhang, Gi-Hyeok Lee, Jeongyim Shin, and Yong-Mook Kang*, Nano Research, Vol. 10(12) (2017) p. 4337."
19-02-19
"AEML developed the technique for high-capacity based on sodium ion battery"
[베리타스알파=김하연 기자] 동국대 강용묵 교수 연구팀은 경희대, 서울대와의 공동 연구를 통해 현재 사용되고 있는 리튬이차전지에 비해 부존자원이 풍부하고 가격경쟁력이 우수한 나트륨 이차 전지용 인계 금속 음극 소재의 수명 특성 및 고율 특성 향상을 위한 주요 설계인자를 규명하는데 성공했다.
신재생 에너지 시대 전력 저장 및 분배에 있어서 핵심이라 할 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS) 및 전기자동차(EV) 부문은 높은 출력, 높은 에너지 밀도, 낮은 단가를 동시에 구현할 수 있는 이차 전지의 출현을 요구하고 있다. 특히 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 리튬 전구체의 부존량 한계와 높은 가격으로 인해 단가 및 부존량 측면에서 상대적인 장점이 두드러지는 나트륨 이온 이차 전지에 대한 관심이 커지고 있다.
강용묵 교수팀은 다년간 리튬 이온 이차 전지 양극 및 음극의 성능에 필적하면서도 낮은 단가를 가지는 나트륨 이온 이차 전지 양극용 Mn(망간)계 산화물 소재 및 음극용 인(P)계 금속 소재 등에 대한 연구를 진행해왔다. Mn계 산화물 양극 소재에 대한 연구 성과에 이어서 고용량 음극 소재로서 높은 가능성을 가지는 인계 금속 음극 소재에 대한 기반 기술 개발에도 성공했다.
인계 소재는 높은 용량에도 불구하고 하드카본과는 달리 나트륨 이온과의 합금화/비합금화 반응을 통해 충방전이 이루어지기 때문에 부피팽창과 상분리가 수반되고 결과적으로 수명특성 및 고율특성이 조기에 퇴화되는 문제점을 가지고 있다. 이번 연구에서는 인계 소재와 금속의 복합소재가 제조되었을 때 나트륨 이온의 충전 과정에서 인의 부피팽창에 대한 수용 능력이 증가하며, 전기화학특성 퇴화를 가속화시키는 상분리 또한 감소한다는 점을 규명함으로써 고용량 고수명 인계 음극 소재의 구현을 위한 중요한 설계 방향을 제시했다.
강 교수는 “전세계적으로 전기자동차(EV)로의 전환은 이미 아주 빠르게 진행되고 있으며, 결국 전기자동차 뿐 아니라 이를 충전하기 위한 시스템의 단가에 대한 고민이 산업적으로 매우 중요해지고 있다. 이런 점을 고려하여 본 연구 그룹에서는 나트륨 이온 이차 전지 연구에 있어서 단가가 가장 낮은 Mn 기반의 양극 소재, 인계 음극 소재에 초점을 맞춰 연구를 진행해오고 있다. 특히 리튬 이차 전지 대비 가격 측면에서의 장점이 있는 나트륨 이차 전지의 에너지 밀도를 리튬 이차 전지와 유사한 수준으로 향상시키기 위해서는 고용량 인계 음극 소재의 수명 특성 및 고율 특성 안정화가 매우 중요한 상황이고, 이런 측면에서 본 연구 결과의 중요성이 있다고 생각된다”고 말했다.
이 연구결과의 제 1저자로는 해외우수신진연구자 지원 사업의 지원을 받고 있는 동국대 장카이 박사와 경희대 김두호 교수가 참여했으며, “한국연구재단 해외우수신진연구자 지원 사업, 중견 연구 사업” 등의 지원을 받아 경희대 김두호 교수, 서울대 조맹효 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 수행됐다. 해당 결과는 에너지 환경 분야 권위지인 ‘Energy & Environmental Science’지에 지난 2월 15일 인터넷 판으로 게재됐다.
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김하연 기자 hayeon@veritas-a.com
19-01-08
"AEML developed the technique of making high capacity Mn-based cathode material for Na ion secondary batteries."
[대학저널 임지연 기자] 동국대학교(총장 한태식) 강용묵 교수 연구팀은 현재 사용되고 있는 리튬이차전지에 비해 부존자원이 풍부하고 가격경쟁력이 우수한 나트륨 이차 전지용 양극 소재 안정화 기술 개발에 성공했다.
강용묵 교수팀은 다년간 리튬 이온 이차 전지 양극 및 음극의 성능에 필적하면서도 낮은 단가를 가지는 나트륨 이온 이차 전지 양극용 Mn(망간)계 산화물 및 음극용 하드 카본에 대한 연구를 진행해왔다. 그 첫 번째 연구 성과로서 층상구조(P2)를 가지고 있는 Mn계 산화물의 나트륨 이온 자리에 Zn(아연)을 치환함으로써 Jahn-Teller distortion, Phase separation 등의 Mn계 층상구조 산화물 양극을 불안정하게 만드는 치명적인 구조적 요인을 제거하는데 성공했다.
제 1원리 계산을 통해 예측된 해당 효과들을 전자현미경, 방사광 X-ray 분석 등 첨단 분석들을 통해 확인했으며, 해당 소재의 수명 특성을 포함한 제반 전기화학특성이 획기적으로 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.
강 교수는 “Uber, Grab 등 공유 경제가 확산되고 있는 미국을 포함한 여러 국가에서 고장이 적고, 충전 시스템의 단가가 낮은 전기자동차(EV)로의 전환은 이미 아주 빠르게 진행되고 있다. 결국 전기자동차뿐 아니라 이를 충전하기 위한 시스템의 단가에 대한 고민이 산업적으로 매우 중요해지고 있다. 이런 점을 고려해 본 연구 그룹에서는 나트륨 이온 이차 전지 연구에 있어서 단가가 가장 낮은 Mn 기반의 양극 소재, 하드 카본 기반의 음극 소재에 초점을 맞춰 연구를 진행해오고 있다”며 “특히 양극 소재의 경우 현재까지는 나트륨, 리튬 이온 같은 알칼리 이온이 이동할 수 있는 경로가 분명한 결정(Crystalline phase)에만 초점이 맞춰져 연구가 이뤄졌지만 향후에 낮은 단가를 유지하면서 해당 소재의 한계 극복을 위해서는 이러한 결정의 준결정, 비결정으로의 전환에 대한 고려도 필요하지 않을까 생각된다”고 말했다.
한편 이 연구결과의 제 1저자로는 해외우수신진연구자 지원 사업의 지원을 받고 있는 동국대 장카이 박사가 참여했다. 한국연구재단 해외우수신진연구자 지원 사업, 중견 연구 사업 등의 지원을 받아 경희대 김두호 교수, 포항공대 최시영 교수, 서울대 조맹효 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 수행됐다. 해당 결과는 ‘Nature Communications’지에 1월 7일 인터넷판에 게재됐다.
임지연 기자 jyl@dhnews.co.kr
