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아주대학교 공동 연구팀이 인공지능(AI)과 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 차세대 친환경 배터리 제조 기술인 건식 전극 공정의 핵심 난제를 해결하고, 최적의 공정 설계 기술을 개발했다. 이에 전기차와 에너지 저장장치 등을 위해 필요한 고효율의 차세대 배터리 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.조성범 아주대 교수(첨단신소재공학과, 위 사진 오른쪽) 연구팀은 스케일 시뮬레이션과 인공지능(AI)을 융합해, 건식 전극 공정 내 바인더의 섬유화 메커니즘을 규명하고 이를 바탕으로 최적의 공정 조건을 도출하는 데 성공했다고 밝혔다.이번 연구 성과는 '차세대 배터리 전극 제조를 위한 무용매 건식 전극 공정의 합리적 설계를 가능하게 하는 멀티 스케일 통찰(Multiscale Insights Enable Rational Design of Solvent-Free Dry Electrode Processing for Advanced Battery Electrode Fabrication)'이라는 제목의 논문으로 재료 공학 분야 국제 저명 학술지 <커뮤니케이션 머터리얼즈(Communications Materials)> 12월호에 게재됐다. 아주대 에너지시스템학과 석사과정 강준혁 학생(위 사진 왼쪽)과 한양대 에너지공학과 석박통합과정 정우진 학생이 제1저자로 참여했다. 배터리 제조의 공정 중 가장 먼저 진행되는 전극 공정은 양극과 음극을 만드는 과정이다. 이는 배터리 공정의 핵심 단계로, 현재 대부분의 제조사는 전극 공정을 습식(Wet Electrode Process)으로 진행하고 있다. 그러나 산업계와 학계는 이를 대체할 차세대 전극 공정으로 건식 공정(Dry Electrode Process)에 대한 연구에 활발히 나서왔다. 건식 전극 공정에서는 기존의 습식 공정에서 쓰고 있는 유해 용매를 활용하지 않아도 되며, 뒤따르는 건조 과정 역시 생략이 가능해 시설 투자와 운영 비용·시간 등을 절감할 수 있어서다. 더불어 성능 면에서의 장점도 존재한다. 배터리의 에너지 밀도를 높이기 위해서는 전극을 더욱 두껍게 만들어야 하는데, 이러한 시도 역시 습식 공정보다는 건식 공정에서 용이하다. 이에 아주대 공동 연구팀은 배터리 제조의 생산성과 친환경성을 높일 건식 전극 공정의 상용화를 위해, 아직 난제로 남아 있는 건식 전극 공정 내 바인더의 섬유화 메커니즘의 규명에 나섰다. 건식 공정에서는 용매 없이 고체 파우더와 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 바인더를 섞어 전극을 만드는데, 이때 PTFE가 거미줄처럼 늘어나 입자들을 잡아주는 섬유화 과정이 전극의 품질을 결정한다. 하지만 지금까지는 이 미세한 PTFE 섬유화가 공정 장비의 전단력(Shear Force)과 내부 입자들 사이에서 어떻게 일어나는지 명확히 밝혀지지 않아, 수많은 시행착오를 거치는 경험적 방식에 의존해야 했다.입자 크기에 따른 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 변형 거동 분석 및 실험적 검증 (왼쪽) 입자 크기에 따라 PTFE 바인더가 받는 응력과 변형 거동이 달라짐을 보여주는 시뮬레이션 결과. 특정 크기(10μm)에서 섬유화가 가장 잘 일어남이 확인됨(오른쪽) 시뮬레이션 결과를 전자현미경으로 검증한 이미지. 입자가 너무 작거나 크면 섬유화가 일어나지 않거나 끊어지지만, 최적 크기에서는 거미줄 같은 섬유 조직이 형성됨연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 미시적 입자 거동(마이크로 스케일)부터 거시적 공정 장비(매크로 스케일)까지를 아우르는 멀티 스케일 유한요소해석(FEM) 시뮬레이션과 인공지능(AI) 기법을 접목했다. 특히 연구팀은 인공지능(AI)을 활용해 가상의 실험 공간(FEM)에서 수백 가지 이상의 입자 크기와 공정 조건 조합을 검토하는 방식을 택했다. 한정된 시뮬레이션 데이터를 학습한 인공지능이 나머지 미지의 조건들까지 정밀하게 예측하고, 그중 성능이 극대화되는 최적의 해답을 확률적으로 추적하도록 설계한 것이다. 이를 통해 연구팀은 인간이 일일이 실험했다면 수년이 걸렸을 방대한 경우의 수를 단시간에 분석해, 각 입자 크기에 맞는 최적의 공정 조건을 도출해냈다.연구팀은 입자 크기에 따라 PTFE에 전달되는 응력 (Stress)의 크기와 분포가 달라진다는 점을 정량적으로 분석하고, 입자별로 최적의 응력 전달이 일어나도록 AI를 이용해 공정 조건을 설계함으로써 경험적 시행착오를 줄일 수 있는 합리적 설계 방법론을 제시했다.그 결과, 단일 크기 입자보다 10μm와 5μm 입자를 혼합한 이중 입자(Bimodal) 조합일 때 입자 사이의 빈 공간이 채워지며 PTFE 바인더의 섬유화가 가장 완벽하게 일어난다는 사실을 입증해냈다. 더불어 해당 입자 크기에 최적의 응력을 전달하기 위한 장비와 공정 조건도 찾아낼 수 있었다.분석 결과를 실제 리튬인산철 양극 소재에 적용한 결과, 공동 연구팀은 기존 습식 전극의 한계를 뛰어넘는 10mAh/cm²의 고용량과 280μm 두께를 가진 건식 전극을 균열 없이 구현하는 데 성공했다. 해당 전극은 50회 이상의 충·방전 테스트에서도 99% 이상의 높은 효율을 유지하며 기계적 안정성과 전기화학적 성능을 동시에 보여줬다.아주대 조성범 교수는 “전기차의 주행거리 향상을 위해서는 높은 에너지 밀도의 배터리 제조가 필수적”이라며 “경험에 의존하던 기존 건식 배터리 공정의 한계를 넘어, AI와 시뮬레이션을 통해 소재와 공정을 역설계할 수 있는 방법론을 제시했다는 측면에서 의미 있는 성과”라고 설명했다.조 교수는 이어 “공정의 생산성과 효율성을 획기적으로 높여줄 차세대 건식 전극 공정의 상용화를 앞당기는 데 기여할 수 있는 기술”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 국가R&D사업의 지원을 통해 수행됐다.AI 기반 공정 역설계 기술 개발 및 고용량·후막 건식 전극 구현(왼쪽) AI와 시뮬레이션을 활용해 최적의 입자 크기(10+5μm)와 공정 압력을 도출하고, 이를 구현하기 위한 장비의 회전 속도를 역으로 설계함(오른쪽) 역설계된 최적 조건으로 실제 제조한 LFP(리튬인산철) 건식 전극의 성능. 기존 한계를 뛰어넘는 280μm 두께의 후막 전극임에도 균열 없이 균일한 구조를 가지며, 우수한 전기화학적 성능이 입증됨
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- 작성일2026-01-22
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아주대학교 조인선 교수팀이 독성 산업 폐기물을 정화하면서 동시에 청정 에너지 수소를 얻을 수 있는 혁신적 기술을 개발했다. 조인선 교수(첨단신소재공학과) 연구팀은 ‘하이드라진’이라는 독성 산업 폐기물을 선택적으로 정화시키면서 동시에 태양광 기반 수소 생산 효율을 크게 높일 수 있는 광전기화학 시스템을 개발했다고 밝혔다. ‘하이드라진’은 암모니아와 비슷한 자극적 냄새를 가진 독성 화학물질이다.이번 연구 성과는 나노·마이크로 구조 재료 분야의 저명 학술지 <나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters)>에 1월 온라인 게재됐다. 아주대 대학원 에너지시스템학과 런파 탄(Runfa Tan) 박사와 정유재 졸업생(現 미국 콜로라도대학 박사과정)이 제1저자로 참여했다. 아주대 사마드한 캅세(Samadhan Kapse) 박사와 미국 스탠포드대 한현수 박사, 성균관대 신성식 교수는 공동저자로 아주대 조인선 교수와 스탠포드대 샤올린 젱(Xiaolin Zheng) 교수는 교신저자로 함께 했다. 태양광을 이용해 물에서 직접 수소를 생산하는 광전기화학(PEC) 기술은 탄소 배출이 없이 청정 수소를 만들 수 있는 친환경 에너지 기술로 주목받아왔다. 광전기화학(PEC) 기술은 반도체 전극에 빛을 쪼여 전기화학 반응을 일으킴으로써 물(H2O)에서 수소(H2)와 산소(O2)를 분해, 수소를 얻는 방식이다. 그러나 느린 산소 발생 반응과 광산화극 소재의 물성 자체 한계로 인해 효율의 향상이 매우 제한적이었다. 이 기술에 활용되는 소재 중, 가장 유망한 반도체 소재로 평가되어 온 것이 바로 헤마타이트(α-Fe2O3, 산화철)다. 저렴하고 화학적으로 안정적인데다 대면적 적용도 가능한 특성이 있어서다. 그러나 전하 이동과 분리 특성이 매우 낮아 광전류와 수소 생산 효율이 낮다는 근본적 한계 때문에, 실용화에는 어려움이 많았다.아주대 공동 연구팀은 이러한 기존 광산화극 소재의 한계를 극복하기 위해, 다회 용액 성장(Multiple growth)과 고온 화염 어닐링(flame annealing)을 결합한 MGFA 공정을 개발했다. 여러 번 나누어 구조를 쌓고, 불꽃으로 구워 성능을 극대화한 것. 이를 통해 결정 방향이 정렬된 계층적 다공 구조의 헤마타이트 광산화극을 구현할 수 있었다. 조인선 교수 연구팀이 만든 정렬-계층 다공구조와 헤마타이트 광전극 및 하이드라진 산화 기반 수소 생산 개념도이를 통해 연구팀은 광산화극이 100시간 이상 안정적 물 산화 반응을 유지하는 것을 확인, 기존 헤마타이트 기반 광산화극의 구조적 한계를 개선할 수 있음을 보였다. 연구팀은 또한 느린 산화 반응의 해결을 위해, 하이드라진 폐기물을 산화 반응의 연료로 활용하는 전략을 도입했다. 이를 통해 기존 방식보다 비약적으로 상승한 광전류 값을 확보하는 데 성공했다. 이 광산화극을 상용 태양전지와 결합한 연구팀은 외부 전원 없이 오로지 태양광만으로 작동하는 시스템에서 역대 최고 수준(8.7%)의 수소 변환 효율을 달성해냈다. 조인선 교수는 “독성 폐기물을 에너지원으로 전환하면서, 동시에 청정 에너지인 수소를 생산할 수 있음을 보여준 사례”라며 “환경 정화와 청정 에너지 생산을 하나의 시스템에서 동시에 달성할 수 있는 새로운 방향성을 제시한 연구”라고 설명했다. 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 사업의 지원으로 수행됐다. * 위 사진 - 이번 연구에 참여한 아주대 대학원 에너지시스템학과 런파 탄(Runfa Tan) 박사, 아주대 조인선 교수, 스탠포드대 샤올린 젱(Xiaolin Zheng) 교수
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- 작성일2026-01-21
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- 작성일2026-01-19
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아주대학교 이창구 교수팀이 ‘조개 껍질 폐기물’을 활용한 오존 산화 수처리 공정 고도화 기술을 개발했다. 이에 폐기물의 자원 순환과 더불어 친환경 공정 설계에도 기여할 것으로 전망된다.이창구 교수(환경안전공학과) 연구팀은 ‘패각 유래 바이오매스 기반 오존산화 공정 고도화: 아조계 염료 폐수의 탈색·무기화 및 독성저감(Enhancing ozonation using Meretrix lusoria shell waste biomass: sustainable decontamination of azo dye wastewater via decolorization, mineralization, and detoxification)’이라는 제목의 논문을 수(水)처리 분야 저명 학술지 <네이처 포트폴리오 저널 클린 워터(npj Clean Water)> 2026년 1월호에 게재했다고 밝혔다.우리 학교 대학원 에너지시스템학과의 정성효 석사과정생이 제1저자로, 학부 환경안전공학과의 홍성학 학생이 공동저자로 참여했으며, 이창구 교수(환경안전공학과·대학원 에너지시스템학과)가 교신저자로 함께 했다.패각(貝殼)은 조개와 굴, 전복 등의 껍데기로, 국내에서만 매년 약 30만톤 이상 생산되는 대표적인 폐기물이다. 주성분이 탄산칼슘(CaCO3)으로 이루어져 있어 자연 분해 속도가 매우 더디며, 매립 처리될 경우 침출수 발생 등 2차 오염으로 이어질 우려가 크다. 또한 뚜렷한 활용처가 부족해 현장에 장기간 쌓여 방치되는 경우가 많고, 이 과정에서 악취와 분진이 발생해 남해안 어촌 지역에서는 오랜 기간 골칫덩이로 여겨져 왔다. 연구팀은 조개류 중 백합(Meretrix lusoria)의 껍질이 간단한 열분해를 통해 소석회(Ca(OH)2) 기반 기능성 소재(ML800)로 변환 가능하다는 점을 확인했다. 또한 해당 소재를 오존 공정에 투입할 경우 오존 분자(O3, E° = 2.07 V)의 분해를 촉진해, 강력한 산화 능력을 나타내는 수산화라디칼(•OH, E° = 2.80 V) 생성이 증폭됨을 확인했다.그 결과, 난분해성 아조계 염료가 함유된 폐수에 대해 높은 탈색 처리 성능(> 99.0%)을 확보할 수 있었으며, 무기화 효율 또한 유의미하게 개선했다(TOC 제거율 11.2% → 53.6%). 기존 오존 공정의 취약점으로 알려진 급성 독성 증가 현상 또한 효과적으로 완화함을 확인했다.이번 연구는 전이금속 소재 혹은 소모성 약품 사용에 의존해 왔던 기존 ‘촉매기반 오존 고도산화공정(Advanced oxidation process, AOP)’에의 접근 방식과 달리, 저가의 풍부한 천연 폐자원을 기능성 촉진제로 효과적으로 활용함으로써 경제성과 환경친화성을 동시에 높일 수 있다. 덕분에 큰 기술적 파급효과를 낼 것으로 보인다. ‘오존 산화 공정’이란 오존(O3)이라는 강력한 산화제를 이용해, 폐수의 악취와 세균 등을 제거하는 기술을 말한다. 이창구 교수는 “이번 연구 성과는 폐기물 자원 순환 관점에서의 가치 창출에 기여할 수 있을 것”이라며 “산업 폐수 처리 현장의 약품 소모 및 독성 발생을 줄인 친환경 고도산화 공정 설계에도 도움이 될 것으로 기대한다”라고 전했다.이번 연구는 환경부와 환경산업기술원이 지원하는 수열에너지 활용기술 및 에너지믹스 기술개발사업(과제명: AI기반 소규모 분산형 복합 수열에너지 회수 시스템 개발)의 지원을 받아 수행됐다.아주대 환경안전공학과 이창구 교수팀은 조개 껍데기를 활용해 수처리 공정을 고도화 할 수 있는 방법을 개발했다. 폐기물의 자원 순환과 더불어 친환경 수처리 공정의 설계에도 기여할 수 있을 전망이다.
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- 작성일2026-01-19
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‘2025학년도 국제겨울학교’가 해외 자매대학과 아주대 학생 50여명이 참여한 가운데 2주간의 여정을 마무리했다. ‘2025학년도 국제겨울학교(Ajou International Winter School)’는 지난 12월26일부터 2주 동안 우리 학교 캠퍼스 안팎에서 진행됐다. 프랑스, 독일, 오스트리아, 인도네시아와 콜롬비아 등 해외 자매대학에서 온 학생 45명과 8명의 아주대 학생이 참여했다.학생들은 오전에는 아주대 캠퍼스 내에서 강의를 듣고, 오후에는 문화체험과 팀별 프로젝트에 참여했다. 강의는 한국의 경제와 역사, 국제관계학과 ICT 등에 대한 내용으로 이루어졌다. 문화체험은 수원화성과 경기도의회, 경복궁, 국립중앙박물관 등에 대한 방문으로 구성됐다. 팀별 프로젝트의 경우, 가상의 스타트업 CEO로서 한국과 함께 사업을 시작한다는 전제로 ▲타깃 고객층 ▲제품 및 서비스 ▲마케팅 전략 ▲협력 파트너 등에 대해 종합적으로 기획 및 설계하는 방식으로 진행됐다. 이번 동계방학 기간의 국제겨울학교는 처음으로 운영됐다. 그동안 우리 학교는 하계방학 기간의 ‘국제여름학교(Ajou International Summer School)’를 중심으로 단기 글로벌 프로그램을 진행해왔다. 정규 학점(3학점) 기반의 특강과 현장 체험 및 팀 프로젝트를 기반으로 한 단기 글로벌 프로그램으로, 학교는 앞으로 국제여름학교 뿐 아니라 국제겨울학교의 운영도 이어간다는 계획이다. 이번 국제겨울학교에 참가한 다니엘 슈투르메(Daniel Sturm) 학생(독일 잉골슈타트기술대학 재학)은 “한국의 경제·사회·문화·역사 전반에 관한 강의와 함께 서울과 강릉 등 주요 지역을 직접 방문하는 일정이 결합되어 좋았다”라며 “덕분에 학문적 경험과 현장 체험, 지역 음식까지 아우르는 입체적이고 종합적인 한국 이해가 가능했다”라고 소감을 전했다. 삼성이노베이션 뮤지엄을 찾은 참여 학생들 K-팝 댄스를 배우는 아주 국제겨울학교 참가자들
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- 작성자이솔
- 작성일2026-01-15
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- 작성일2026-01-14
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아주대학교 첨단신소재공학과 조인선 교수 연구팀이 매우 빠르게 합성할 수 있으면서 넓은 면적의 균일한 생산이 가능한 수소 생산용 전극 소재를 개발했다.조인선 교수팀의 이번 연구 성과는 ‘확장성과 내구성을 갖춘 수소 생산을 위한 화염 기반 스피넬 Fe-Ni-O 나노입자-나노시트 초구조(Flame-constructed spinel Fe-Ni-O nanoparticles-on-nanosheet superstructures for scalable and durable hydrogen production)’라는 제목의 논문으로 화학공학 분야 저명 학술지 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)> 1월호에 게재됐다.이번 연구에는 아주대학교 대학원 에너지시스템학과 석사과정의 김진실 학생(위 사진 왼쪽)이 제 1저자로 참여했다. 황성원 학생(에너지시스템학과)과 정유재 졸업생(현 미국 콜로라도대학 박사과정) 역시 제 1저자로 함께 했다. 조인선 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 위 사진 오른쪽)는 교신저자로 연구를 주도했다. 수소는 연소 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않아 차세대 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 하지만 친환경 에너지원인 수소를 생산하기 위한 과정에서 탄소를 배출하는 화석연료가 사용된다는 점이 여전히 문제로 남아 있다. 현재 산업 현장에서 사용되는 수소 대부분은 여전히 화석연료를 기반으로 생산되고 있는 것.이러한 한계를 해결하기 위한 대안이 ‘수전해 기술’이다. 수전해는 물(H2O)을 전기 에너지를 이용해 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 방식으로, 재생에너지를 활용할 경우 매우 친환경적인 수소 생산이 가능하다. 다만, 수전해 반응이 효율적으로 진행되기 위해서는 성능이 뛰어나면서도 가격이 합리적인 전극 소재가 필수적이다.그동안 수전해 전극에는 루테늄(Ru)이나 이리듐(Ir)과 같은 귀금속 촉매가 주로 사용되어 왔다. 그러나 이들 소재는 성능은 우수하지만, 가격이 매우 비싸고 자원이 한정적이라는 단점이 있다. 조인선 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 철(Fe)과 니켈(Ni) 기반의 산화물 촉매에 주목했다. 특히 ‘솔-플레임(sol-flame)’이라 불리는 초고속 화염 공정을 활용해 나노입자와 나노시트가 하나의 구조로 연결된 새로운 초구조(superstructure) 형태의 전극 소재를 개발하는 데 성공했다. 이 공정은 합성에 걸리는 시간이 20초 수준으로 매우 짧을 뿐만 아니라, 넓은 면적의 전극을 균일하게 제작할 수 있다. 이에 실험실 수준을 넘어 실제 산업에의 적용 가능성을 크게 높였다는 평가를 받고 있다.조인선 교수 연구팀의 솔-플레임 기법을 통한 Fe–Ni–O 스피넬 기반 0D/2D 초구조 촉매의 합성 및 태양광-수전해(PV-EC) 시스템 모식도연구팀이 개발한 전극은 낮은 전압에서도 안정적으로 수전해 반응을 유지했으며, 대면적 전극에서도 균일한 성능을 보였다. 특히 태양전지와 결합한 태양광-수전해 시스템에서는 외부 전원 없이도 500시간 이상 안정적으로 작동했으며, 실제 야외 환경에서도 우수한 에너지 변환 효율을 기록했다. 이는 실제 환경에서도 활용 가능한 수소 생산 기술임을 보여준 결과로, 향후 친환경 수소 산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.한편 이번 연구 성과는 제 1저자인 김진실 학생(대학원 에너지시스템학과 석사과정)이 첨단신소재공학과 재학 시절 학부 연구생으로서 시작한 연구라는 점에서 더욱 의미가 깊다.김진실 학생은 “학부 연구생으로 처음 연구를 시작할 당시에는 시행착오도 많았지만, 교수님과 연구실 구성원들의 도움으로 꾸준히 실험과 분석을 이어올 수 있었다”라며 “작은 호기심으로 시작한 연구가 국제 저널에 게재되는 성과로 이어져 매우 뜻깊다”라고 소감을 밝혔다.이어 “연구에 관심 있는 학부생이라면, 처음부터 완벽하지 않더라도 용기를 내어 연구에 참여해 보길 바란다”고 덧붙였다.이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
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- 작성자이솔
- 작성일2026-01-13
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- 작성자이솔
- 작성일2026-01-13
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- 작성일2026-01-09
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- 그린수소 생산 활용 '백금' 촉매 1g으로 82g 효과- 소재의 물리적 한계 예측 및 제어 통해 수소 생산 시스템의 효율·내구성 동시 확보아주대학교 화학과 유성주 교수팀이 청정 에너지원인 그린수소의 생산에 활용되는 ‘백금(Pt) 촉매’를 최대한 효율적으로 사용할 수 있는 기술을 개발했다. 이에 수소 생산의 비용을 획기적으로 절감하고 더욱 효율적인 공정을 가능하게 할 전망이다. 화학과 유성주 교수는 수소 생산 촉매의 성능을 결정하는 백금(Pt) 원자를 서로 뭉치지 않는 단일원자 상태 그대로 유지하는 기술을 개발, 소재 효율을 이론적 한계치까지 끌어올리는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘태양광 수소 생산을 위한 원자 분산 백금 촉매의 안정성 임계값(Stability Thresholds of Atomically Dispersed Platinum Catalysts for Solar Hydrogen Production)’이라는 제목의 논문으로 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie)>에 12월17일 게재됐다. 우리 학교 대학원 에너지시스템학과의 박준서 석박사통합과정생(위 사진 오른쪽)이 제1저자로 참여했고, 유성주 교수(화학과·대학원 에너지시스템학과, 위 사진 왼쪽)가 교신저자로 참여했다. 그린수소(green hydrogen)는 태양광과 풍력 같은 재생에너지를 이용해 물을 분해, 생산과정에서 온실가스를 배출하지 않으면서 만들어내는 청정 수소를 말한다. 기후 위기에 대응하기 위해 화석연료를 대체할 에너지로 그린수소가 주목받고 있으나, 수전해 및 광촉매 기반의 수소 생산 시스템에서는 고가의 ‘백금(Pt) 촉매’가 주로 사용되며 이는 수소 생산 전체의 비용을 높이는 주요 원인이다. 값비싼 백금의 사용량을 줄이기 위해 백금 입자를 나노미터(nm) 수준에서 원자(atom) 단위로 줄여 표면적을 극대화할 수 있다. 그러나 입자가 작아질수록 표면 에너지가 높아져 흩어져 있던 원자들이 불안정한 상태를 견디지 못하고 다시 서로 뭉치는 현상이 발생하며, 이는 수소 생산 성능의 저하를 불러온다. 이에 아주대 연구팀은 실제 환경에서 백금 원자들이 서로 뭉치지 않고 최상의 성능을 낼 수 있는 구조적 임계점을 찾아냈다. 이를 통해 백금 원자가 뭉치는 것을 원천적으로 차단하고, 공정에 투입된 모든 백금이 100% 반응 표면에 노출되는 활용법을 실현할 수 있었다. 연구팀은 단 1g의 백금으로 기존 나노입자 82g에 해당하는 수소 생산 능력을 확인할 수 있었다. 촉매의 질량당 활성을 획기적으로 향상시킨 것으로, 최소한의 백금을 사용함으로써 수소 생산의 비용을 크게 절감할 수 있음을 보여준다. 연구팀은 또 새로운 기술을 활용해 복접한 공정 없이 비교적 간단한 합성으로 촉매를 제조할 수 있고, 장시간의 구동 실험에서도 성능의 저하 없이 안정적인 수소 생산 효율을 유지할 수 있다는 점을 확인했다. 유성주 교수는 “이번 연구 성과는 촉매의 성능 저하 원인을 원자 수준에서 이해, 단순하면서도 본질적인 해결 전략을 제시한 것”이라며 “고가 귀금속의 활용도를 극대화함으로써 여러 친환경 에너지 공정의 비용을 낮추는데 기여할 수 있다”라고 전했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부·한국연구재단이 추진하는 우수신진, G-램프사업, 자율운영 중점연구소지원사업, 그리고 고등기술연구원의 지원으로 수행됐다. 단일원자 백금(Pt) 입자의 전자현미경 사진. 화살표로 표시된 밝은 대비점들은 지지체 표면에 하나씩 고르게 분산된 백금(Pt) 원자들을 나타내며, 백금이 뭉치지 않고 안정적으로 분산된 상태임을 확인할 수 있다. 이렇게 되면 촉매의 질량당 활성이 향상되어, 백금을 최소한으로 활용할 수 있으며수소 생산 비용이 크게 절감된다.
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3773
- 작성자이솔
- 작성일2026-01-08
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- 작성자이솔
- 작성일2026-01-06
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