강대현 KIST 지속가능환경연구단 선임연구원 [과학 라운지] 수퍼컴퓨터 가동에 소모되는 막대한 에너지를 줄일 수 있어 ‘계절 내 예측’의 정확도 높여 효율적 에너지 관리 가능해져 갑작스러운 겨울 한파와 폭설이 아이들에게는 좋은 추억이었을지 모르지만, 난방비 급증과 교통 체증으로 어른들에게는 힘든 기억으로 남을 것 같다. 지난 12월 서울의 평균기온은 평년 대비 3도나 낮았고, 1월 중순 낮 최고기온은 12.5도로 이상(異常) 고온 현상을 보이더니 불과 2주 만에 영하 17.3도의 맹추위가 찾아와 30도가량 급격한 온도 변화를 겪었다. 이처럼 기후변화에 따른 급격한 날씨 변화는 우리의 삶과 산업 전반에 큰 영향을 미친다. 그런데 한 달 전에 미리 한파의 강도나 지속 기간 같은 주간 날씨 추이를 비교적 정확히 예측할 수 있다면 어떻게 될까? 기상 예측 연구 분야 중 ‘계절 내(subseasonal) 예측’은 이러한 노력을 하는 연구 분야다. 계절 내 예측은 통상 1~6주에 해당하는 기간의 주간 기후변동 추이에 대한 예측을 목표로 한다. 10일 이후의 날씨까지 예측하는 ‘중기예측’과 수개월에 대한 예측을 하는 ‘계절예측’ 사이에서 중간을 메워주는 역할을 한다. 수십일을 규모로 하는 ‘계절 내 기후변동’은 수천~수만㎞에 이르는 광범위한 영역에서 상호작용하는 다양한 지구 시스템 요소의 영향을 받는다. 과거 수십 년간 활용된 기후모형은 대기만을 시뮬레이션에 활용했지만, 최근에는 해양·지면·해빙·식생 등 다양한 요소를 결합한 지구 기후모형을 시뮬레이션에 활용하고 있다. 하지만 입력된 초기조건의 효과가 급격히 떨어지는 1~2주 이상 예측의 정확도는 여전히 실용적 수준에 도달하지 못했다. 또한 정확한 예측을 위해 기후모형의 물리과정은 더욱 복잡해지고 수많은 연산을 통해 지구의 모든 자료를 처리해야 하므로 초고성능 슈퍼컴퓨터 운용에 막대한 양의 에너지가 소모되고 있다. 예를 들면 독일 기상연산센터(DMRZ) 예보모델(ICON)의 하루 이산화탄소 배출량은 231만2653g에 해당해 자동차로 1만3215㎞를 주행할 때의 배출량 수준이다 이러한 문제를 해결하기 위해 기후 예측에 딥러닝을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 영상처리에 사용되는 딥러닝 기법을 통해 수십 년간 관측된 지구 전체의 온도, 습도, 바람 변화를 동일한 픽셀 크기로 쪼개 학습하는 방식이다. 연구자들은 여기에 방대한 모델 시뮬레이션 자료를 바탕으로 지구 전체의 날씨가 어떻게 변화하는지를 예측한다. 예를 들어 딥러닝 모델을 통해 하루 뒤 지구 시스템의 변화를 학습시킨 뒤, 학습된 모델에서 현재 시점부터 다음날에 대한 예측 결과를 산출하고, 이렇게 산출된 결과를 입력자료로 사용해 그다음 날에 대한 예측을 반복하는 방법이다. 이런 식으로 2주, 3주 뒤와 같이 원하는 시간 규모의 예측이 가능해지는 것이다. 딥러닝 모델의 가장 큰 장점은 일단 데이터에 대한 학습을 진행한 후에 학습된 모델을 통해 추론(예측)하는 과정에 매우 적은 에너지가 소모된다는 점이다. 가정용 컴퓨터에서도 수초 이내에 지구 전체 기상 상태를 1개월 이상 예측하는 것이 가능해지기 때문에 슈퍼컴퓨터 가동에 소모되는 막대한 에너지를 절감할 수 있게 된다. 기존에 이해하지 못했던 극한 기상현상의 발달 과정을 학습된 데이터의 상관관계로부터 새롭게 발견할 수도 있다. 이를 통해 ‘계절 내 예측’의 정확도가 높아지면 우리는 무엇을 할 수 있을까? 한파의 발생 강도와 지속 기간을 한 달 전에 예측할 수 있다면 시설물 점검과 제설 장비 등 사전 대비를 할 수 있고, 에너지 수급에 대한 체계적 관리도 가능하다. 이상기후 현상으로 냉난방 수요가 증가할 때 각 가정과 회사는 필요한 자원을 미리 확보할 수 있게 되는 것이다. 또 신재생에너지의 발전과 관련해 일조량과 풍속에 대한 예측정보를 사전에 파악해 발전의 비율을 조정하고, 에너지 발전량 관리도 효율적으로 할 수 있을 것이다. 기후 연구자로서 현재 진행 중인 딥러닝 기반의 기후 예측시스템 개발 연구가 기후변화 피해를 최소화해 인류의 지속가능한 성장에 도움이 되길 기대한다. 출처: 조선일보 (링크)

우지완 KIST 연구동물자원센터 선임전문원 [과학 라운지] 동물실험 윤리적 측면 강조되며 韓, 실험 전 동물실험윤리위에서 사전승인 받도록 규제장치 의무화 ‘톰과 제리’ ‘미키마우스’ ‘라따뚜이’와 같은 유명 애니메이션의 주인공으로 등장하는 생쥐(mouse)는 인간에게 친숙한 동물이다. 생쥐는 애니메이션뿐만 아니라 과학·의료기술 연구 현장에서도 만날 수 있다. 과학자들은 인간을 대신해 생쥐를 연구개발 과정에서 활용하는 실험동물로 활용하고 있다. 실험동물은 실험의 목적에 맞게 동물의 생리학적·유전적 특성, 먹이, 새끼 수, 사육 환경 등을 맞춰 번식·사육·생산된 동물을 말한다. 이러한 실험동물로는 생쥐나 쥐 외에 기니피그, 햄스터, 토끼, 개, 고양이, 돼지, 원숭이를 사용하기도 한다. 경우에 따라서는 어류, 조류를 사용하는 경우도 있다. 농림축산검역본부의 조사 결과에 따르면 2021년 우리나라의 실험동물 사용량은 488만 마리로, 전년 대비 17.8% 증가하며 매년 사용량이 늘고 있다. 이 중 생쥐 사용량은 전체의 64.8%를 차지한다. 예로부터 인간 주변에서 함께 살아온 집생쥐(Mus musculus domesticus)는 신생대 초기에 등장한 것으로 추정되는 화석기록이 있다. 기원전 1만 년쯤 인류가 농경생활을 시작하면서 쥐와 인간의 동거가 시작된 것으로 보인다. 이렇게 인류와 오랜 시간 함께한 생쥐가 생명현상 연구에 본격적으로 사용된 것은 1909년 윌리엄 캐슬과 클래런스 쿡 리틀이 최초의 순종 생쥐를 개발하면서부터다. 이후 1921년 클래런스 쿡 리틀은 ‘C57BL(Black)’이라는 순종 생쥐를 만들었는데, 2002년 생쥐의 첫 번째 게놈 분석도 이 생쥐를 이용했을 만큼 현재까지 연구 현장에서 가장 많이 사용되고 있다. 생쥐를 실험동물로 많이 사용하는 가장 큰 이유는 인간 유전자와의 유사성 때문이다. 생쥐는 인간처럼 약 3만 개의 유전자를 가지고 있는데, 이 중 약 80%가 인간의 유전자와 상동성을, 19%는 높은 유사성을 보이고 있다. 유사성이 없는 유전자는 1% 미만에 불과하다. 1987년에 마틴 에번스와 올리버 스미시스, 마리오 카페키는 특정 목표 유전자의 기능을 없애는 ‘녹아웃 생쥐’를 제작했다. 녹아웃 생쥐는 특정 유전자의 기능을 제거했기 때문에 해당 유전자의 기능을 이해하는 데 활용될 뿐만 아니라 질병과의 연관 관계도 연구할 수 있다. 세 사람은 이 기술로 2007년 노벨상을 공동 수상했다. 실험동물로서 생쥐의 두 번째 장점은 임신 기간이 3주 내외로 짧고, 한 번에 5~15마리의 새끼를 낳는다. 이뿐만 아니라 한 세대가 2~3년으로 매우 짧아 노화 연구나 의약품 효능 검증과 같은 연구에 적합하다. 최근 동물 복지에 대한 사회적 관심이 높아지면서 동물실험의 윤리적인 측면이 강조되고 있다. 실험동물은 인류의 건강과 생명, 과학기술 발전을 위해서는 없어서는 안 될 존재들이지만, 무제한적인 희생을 요구하는 것은 바람직하지 못하다는 사회적 합의가 형성되면서 우리나라도 학교와 국·공립연구기관, 의료기관, 기업 연구소에서 동물실험 전에 동물실험윤리위원회의 사전승인을 받도록 하는 규제장치를 의무화하고 있다. 연구자들의 윤리의식 고취를 위해서는 3R(reduction, refinement, replacement) 운동을 통해 동물실험에 사용되는 개체 수를 줄이고, 고통을 최소화하거나 가능한 경우 다른 실험으로의 대체를 권장하고 있다. 미국 식품의약국(FDA)에서는 동물실험 자료 없이 의약품 허가가 가능하도록 법 개정을 했다. 최근에는 동물실험을 대체할 수 있는 세포 배양 기반의 분석법, 오가노이드와 같은 3D 바이오 프린팅, 조직 칩, 미세생리 시스템, 컴퓨터 모델링 등 다양한 대안이 등장하고 있다. 유럽연합(EU)은 여기서 한발 더 나아가 2013년부터 동물실험을 거친 화장품의 수입, 유통, 판매를 금지했다. 한국과학기술연구원(KIST) 연구동물자원센터는 매년 4월 24일 세계 실험동물의 날에 실험동물 위령제를 개최해 인간을 대신해 고통을 겪고, 소리 없이 죽어가는 실험동물들에 대한 미안함과 고마움을 표하고 있다. 동물실험을 완전히 대체할 수 있는 새로운 기술이 등장하는 그날까지는 계속될 수밖에 없는 이들의 희생을 매번 가슴 속에 새기면서 함께 있는 동안 마음을 다해 보살피고 있다. 출처: 조선일보 (링크)

윤석진 한국과학기술연구원(KIST) 원장 “튀르키예와 시리아를 위해 기도해 주십시오.” KIST 내부 게시판 글이 눈길을 붙잡았다. 지난 2월 6일 새벽, 아시아 대륙의 서쪽 끝을 덮친 규모 7.8의 최악의 지진에 고통받고 있는 이들을 돕는 일이었다. 일상이 한순간에 무너지는 재앙 앞에 강 건너 불구경만 할 수 없어 시작한 일이 아니다. KIST(한국과학기술연구원)에 18명의 튀르키예 학생이 있어 우리 일이다. KIST 구성원은 다국화하는 추세다. 글로벌 전략에 따른 당연한 모습이지만 연구 수행을 위한 연구자를 확보하는 궁리이기도 하다. 베이비붐 시대에 해마다 100만명 이상 태어났다. 앞으로 연구실을 채워가야 할 MZ세대는 절반에도 미치지 못한다. 인력 부족으로 아우성치는 타 분야와 다름없이 과학기술계도 어려움이 본격화하고 있다. 인재 유입에 더 많은 시간과 비용을 투입해야 한다. 인재 확보 차원에서 글로벌화는 중요하다. 하지만 무엇보다 실효성 있고, 사회적 가치 창출도 가능한 효과적인 인재 확보 방안이 있다. 여성 과학자를 늘이는 방법이다. 전체 대학 입학자 중에 여성은 거의 절반을 차지하지만 자연과 공학 계열 졸업생은 2021년 34%에 불과했다. 2018년 여성과학기술인력 실태조사로 확인한 여성 연구자 비율 20%와 10억 이상 연구 책임자 7%라는 숫자는 문제점과 가능성을 보여주기에 충분하다. 먼저 문제점을 살펴보면 크게 두 가지다. 첫째는 공학 계열에서 여성의 비율이 낮다는 점이다. 자연 계열에서는 오히려 여성의 비율이 앞서지만 두 배 이상 정원을 가지는 공학 계열에서는 지난해 처음으로 입학생 중에 여학생 비중이 겨우 25%를 넘어섰다. 20년 전엔 10% 수준이었다. 뛰어난 재능을 가진 더 많은 여학생이 과감하게 공학 계열을 선택할 수 있는 사회적 분위기 조성이 숙제다. 두 번째 숙제는 시간에 따라 여성이 사회생활에서 이탈하는 현상을 일컫는 ‘새는 송수관(leaky pipeline)’을 극복하는 일이다. 이 두 문제 모두 근본에는 자녀 양육과 가사에서 불평등을 가져오는 ‘모성 장벽(maternal wall)’이 있다. 이 장벽을 넘는 일을 온전히 여성 연구자 개인의 몫으로 남겨둘 순 없다. KIST가 설립된 1966년 학위를 취득해 한국 최초의 여성 농학박사인 김삼순 박사도 동생의 시숙인 이태규 화학박사의 도움이 없었다면 유학 길에 오를 수 없었을지도 모른다. 장벽을 낮추고 있는 장벽을 뛰어넘을 수 있도록 돕는 일에 정부, 사회는 물론 연구기관도 적극 나서야 한다. 여성 친화적 연구환경을 조성하기 위한 노력이 계속되고 있다. KIST는 한 걸음 더 나아가 여성 과학자에게만 적용되는 특별 제도로만 문제를 해결하려 하지 않는다. 빨리 쉽게 효과를 볼 수 있겠지만 문제의 근본을 다루지 않는 대증요법이라는 생각이다. 남녀 구분 없이 모두에게 가치를 제공할 수 있는 제도라야 한다. KIST는 출연연 중 가장 먼저 재량근무제도를 도입했다. 연구원이 획일적인 근무시간에 구애받지 않고 연구에 몰입할 수 있는 제도다. 연구에 적합하지 않은 52시간 제도에 대한 대응이기도 했지만 연구와 가정을 스스로 조절하고 양립할 수 있다는 장점이 크다. 해마다 정량적 연구 성과로 연구자를 줄세우기식으로 평가했던 제도를 없앴다. 출산과 육아로 연구를 일시 중단하더라도 단기 평가에 대한 불안 없이 안정적으로 연구 현장에 복귀할 수 있게 됐다. 과거에도 출산 휴가 후 평가를 일정 기간 유예하는 제도가 있었지만 미래에 대한 부담을 해소해주지는 못했다. 연구가 일정 워밍업 시간을 주면 원래 성능을 발휘하는 기계장치가 아니기 때문이다. 출산, 육아, 휴직이 여성 연구자만의 제도라는 인식에서 벗어나 남성 연구자도 신청하기 시작했다. 기존 제도와의 시너지 효과도 확인했다. 근본적 혁신이야말로 과학기술계가 여성 인재에게 보내는 최고의 초대장이다. 출처: 헤럴드경제 (링크)

안녕하세요. 시료분석은 우리 원 특성분석센터(02-958-4949, jspark1509@kist.re.kr)에 가능 여부와 절차를 상담하시기 바랍니다. 감사합니다.

- 3월 7일(화), 서울 본원에서 「대한민국 탄소중립 전략 포럼」 개최 - 탄소중립 기술 글로벌 주도권 확보를 위한 산·학·연 협력방안 논의 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 7일(화) 서울 본원에서 서울대학교(SNU, 총장 유홍림)와 공동으로 「대한민국 탄소중립 전략 포럼」을 주최하고 탄소중립 관련 산·학·연 협력 방안 및 우리나라 탄소중립 전략을 논의하였다. 탄소중립은 나날이 심각해지는 기후 위기에 대응하기 위한 글로벌 경제질서로 대두되고 있다. 미국, EU 등 주요국은 이미 친환경 신시장을 선점하기 위한 그린 투자를 확대하고 있다. 이번 포럼은 국내 최고 대학과 정부출연연구소가 연구역량을 결집하여 탄소중립 원천기술을 신속하게 사업화로 직결시켜 우리나라 탄소중립 목표를 달성하기 위한 협업 방안을 논의하는 자리이다. 첫 번째 발표로는 박문구 삼정회계법인 전무이사가 참석하여 탄소중립 산·학·연 협력을 위한 정책을 제언하였다. 이후 민병권 KIST 청정신기술연구본부장의 현재 기획중인 탄소중립 원천기술 실증센터 구축 사업 설명이 있었고, 남기태 서울대 재료공학부 교수와 이웅 KIST 책임연구원이 탄소중립 원천기술을 소개하였다. 곧이어 산업계, 학계, 연구계, 정부 등 전문가 30여 명이 참여한 토론에서는 탄소중립 원천기술 사업화를 위한 대학과 정부출연연구소 협업의 중요성을 다시 한번 강조하였다. KIST는 이번 포럼을 시작으로 서울대학교와 포항산업과학연구원(RIST, 원장 남수희)와 더불어 탄소중립 원천기술 실증센터(Greentech Lab-to-Industry Center)를 설립하는 등 학계·산업계와 꾸준히 협력하여 국가 탄소중립 목표 달성에 기여할 뿐만 아니라 새로운 산·학·연 협업 모델을 확립할 계획이다. 윤석진 KIST 원장은 환영사를 통해 이번 포럼이 치열한 탄소중립 기술패권 경쟁 속에서 우리나라가 앞서나갈 수 있는 계기가 되길 바라는 기대감을 전달했다. 김상협 탄소중립녹색성장위원장은 축사를 통해 "탄소중립 실현을 위해서는 기술혁신과 원천기술개발이 매우 중요하다"며, "향후 탄소중립 전략포럼이 지속적으로 개최되어 2050탄소중립을 준비하는 기술혁신에 힘을 모을 수 있는 계기가 되길 바란다"고 말하였다. 이날 포럼에 참석한 과학기술정보통신부 이창윤 연구개발정책실장은 “탄소중립 기술은 연구실을 벗어나 기업이 이를 실제로 활용하는 것이 중요하다”고 강조하면서, “오늘 논의된 ‘Greentech Lab-to-Industry Center’는 탄소중립 원천기술 연구 성과를 사업화로 직결할 수 있는 혁신적인 모델”이라며, “과기정통부는 앞으로도 탄소중립 기술실증, 기업지원 강화 등을 통해 원천기술의 산업현장 확산을 적극 지원하겠다”고 밝혔다.

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윤석진 KIST 원장 바쁜 일상에서 꾸준히 운동하기란 생각보다 쉽지 않다. 특히 연구소의 경영 업무를 시작하면서부터 더욱 그랬다. 바쁘다고 운동을 못 하니 체력이 달리고, 업무 효율이 떨어지는 듯했다. 특단의 조치가 필요했다. 그래서 시작한 것이 새벽 조깅이다. 새벽 조깅은 어둠 속에서 내 호흡과 생각에만 집중할 수 있다는 매력이 있다. 이 시간에만 볼 수 있는 으스름달과 서서히 피어나는 여명은 덤이다. 특히 이맘때가 되면, 3년 전 연구소의 원장직 지원을 앞뒀던 당시의 남달랐던 각오가 떠오르곤 한다. 실험실에서 20년, 경영자로 10여 년을 보낸 경력 내내 한 가지 질문이 머리를 떠나지 않았다. 뛰어난 과학자가 일하고 싶은 연구소의 조건은 과연 무엇일까? 선후배, 동료 연구자들과 토론하고, 수많은 성공과 실패 사례를 접한 끝에 나름의 답을 얻었다. 그리고 지난 2년 반 남짓한 기간 동안 신념을 갖고 변화와 혁신을 위해 전념해 왔다. 먼저 위대한 연구소에는 두려움이 없어야 한다. 선진국 반열에 오른 우리나라의 과학기술은 이제 더 이상 다른 나라를 모방하거나 추격하는 전략에 기댈 수 없다. 아무도 가본 적 없는 미지의 영역을 개척하는 연구를 해야 하는데, 이런 도전은 열에 아홉은 실패하기 마련이다. 그 아홉을 두려워하지 않고 마음껏 도전할 수 있도록 시스템과 제도가 뒷받침되어야 한다. 그래서 기관장이 된 뒤 처음 착수한 것이 평가제도의 혁신이었다. 각자의 분야에서 세계 최초, 최고를 목표로 도전해야 할 과학자들을 획일적인 지표로 줄 세우는 평가는 개발도상국 시절에나 통용되는 낡은 방식이다. 실적을 채우기 위해 논문 편수 채우기에 연구자들을 내몰지 않도록 평가지표도 손질했다. 특허 출원, 등록은 아예 지표에서 빼버렸다. 그랬더니 꼭 필요한 기술이 출원되는 등 특허의 질이 좋아지고, 활용률도 높아졌다. 제도 혁신 후 2년이 채 되지 않아 가시적 변화가 나타났다는 점이 더욱 고무적이다. 위대한 연구소에서는 연구자들이 자존감을 갖고 연구에만 몰입할 수 있어야 한다. '연구자는 논문 쓰고 특허 내서 기술이전하면 성공한 것 아니냐'는 시선이 있다. 틀린 말은 아니지만, 국책연구기관이라면 이야기가 좀 달라진다. 연구를 천직(天職)으로 여기고 사명감을 갖고 몰입할 때 비로소 국가와 사회를 위한 성과가 나올 수 있다. 어쩌면 그 결과물은 논문이나 특허가 아닐 수도 있다. 그러려면 연구자들이 자존감을 가져야 한다. 세계적 인재들이 모일 수 있는 여건을 만들고, 박사후연구원부터 시니어 연구자에 이르는 경력 개발 경로를 조성하는 것이 중요하다. 요즘도 어김없이 새벽 조깅에 나선다. 겨울이 지나며 해돋이가 빨라져 동녘이 점점 빨리 밝아진다. 가끔은 연구소의 밝은 미래를 향해 동료들과 함께 뛰는 것 같은 기분이 든다. 오늘도 이 땅의 많은 과학기술인들이 세계 최고를 목표로 구슬땀을 흘리고 있다. 출처: 매일경제 (링크)

- 3. 2(목) 폴 알리비사토스(Paul Alivisatos) 총장 KIST 본원 방문 - 양자연구 분야 공동연구 및 상호 인력교류 예정 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 2일(목) 서울 본원에서 미국 시카고대학교(The University of Chicago, 총장 Paul Alivisatos)와 상호 연구협력을 위해 협력협정을 체결했다고 밝혔다. 시카고대학교는 2017년 페르미 국립 가속기 연구소(Fermi National Accelerator Laboratory), 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory) 등과 함께 ‘시카고 양자 거래소(Chicago Quantum Exchange)’를 발족한 이후 양자 기술 연구협력 체제를 강화하고 시카고 인근에 124마일에 달하는 양자 네트워크를 구축하는 등 차세대 양자기술 개발을 선도하고 있다. 양 기관은 본 협력협정을 기반으로 양자 분야에서의 공동연구 및 인력교류 등을 시작으로 다양한 분야에서의 연구 협력을 추진할 계획이다. KIST 윤석진 원장은 “양자기술 분야에서는 무엇보다도 글로벌 생태계 조성이 중요하다”며 “이번 협약이 우리나라가 양자기술 분야에서 세계적인 성과를 내기 위한 발판이 될 수 있기를 기대한다”고 말했다. 한편, KIST는 지난해 9월 시카고대(University of Chicago), 미국 국립표준기술연구소(NIST)와 함께 워싱턴 D.C.에 한-미 양자오류정정 공동연구센터(Korea-US Center for Quantum Error Correction)를 출범하고 올해 1월에는 세계적인 양자컴퓨팅 하드웨어 선두기업인 자나두(Xanadu)와 업무협약을 체결하는 등 양자기술 국제 협력에 힘쓰고 있다. (좌)폴 알리비사토스 시카고대학교 총장과 (우)KIST 윤석진 원장이 협약서에 사인을 한 후 기념촬영을 하고 있다.

- KIST-GIST 공동연구팀, 리튬메탈 전지의 구리박막 음극재를 탄소섬유 페이퍼로 대체 - 내구성 3배 이상 향상됐지만, 에너지 밀도 높고 가벼워 경량화도 가능 전기자동차의 보급 확대로 이차전지 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 현재 가장 대중적으로 사용되고 있는 리튬이온 전지보다 용량이 크고 급속충전이 가능한 차세대 이차전지의 필요성이 커지고 있다. 그 가운데 리튬이온의 음극 소재인 흑연을 리튬메탈로 대체한 리튬메탈 전지는 이론적으로 리튬이온 전지보다 10배 높은 용량을 구현할 수 있다. 그러나 충·방전 중에 리튬 표면에 결정 돌기가 생성되면서 분리막을 찢는 현상이 나타나기 때문에 내구성과 안전성 문제가 있어 상용화되지 못하고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김진상) 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장 연구팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 직무대행 박래길) 엄광섭 교수팀과 함께 탄소섬유 페이퍼를 음극소재로 사용하여 리튬메탈 전지의 내구성을 3배 이상 향상시키는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 리튬메탈 전지의 음극 소재로 쓰이는 리튬메탈을 코팅한 구리 박막을 리튬메탈이 함유된 얇은 탄소섬유 페이퍼로 대체했다. 개발된 탄소섬유 페이퍼는 탄소 단섬유 위에 무기 나노입자인 비결정질 탄소와 탄산나트륨으로 표면처리를 하여 리튬 친화적인 특성을 가지는 동시에 리튬 수지상 결정이 뾰족하게 성장하지 못하도록 하였다. KIST-GIST 공동연구진은 개발한 탄소섬유 페이퍼 음극소재를 사용한 결과 구리 박막보다 3배 이상 높은 내구성을 갖는 리튬메탈 전지를 제조할 수 있었다. 구리 박막은 약 100회의 충·방전 사이클 이후에서 단락이 일어났지만, 새로 개발한 탄소섬유 페이퍼는 300 사이클 이상에서도 안정적인 성능을 보였다. 또한 구리 박막을 사용하는 리튬메탈 전지의 에너지 밀도를 240 Wh/kg에서 428 Wh/kg으로 약 1.8배 증가시킬 수 있었다. 더 나아가 녹은 리튬이 탄소섬유 페이퍼에 빠른 시간 내에 흡수되는 특성을 보이기 때문에 전극 제조공정을 단순화시킬 수 있을 것으로 예상된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 센터장은 “구리 대비 탄소섬유의 밀도가 5배 낮고 가격도 저렴한 점을 고려할 때, 연구팀이 제안한 음극재는 내구성이 높고 경량화된 리튬메탈 전지 상용화를 앞당길 수 있는 중요한 성과”라고 연구의 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 ‘어드벤스드 에너지 머티리얼즈’ (IF=29.698, JCR 상위 2.464%) 1월호에 게재되었다. * (논문명) "Construction of Hierarchical Surface on Carbon Fiber Paper for Lithium Metal Batteries with Superior Stability" - (제1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 광주과학기술원 엄광섭 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 박사 ※ DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202203770 [그림 1] 고분자의 탄화를 통해 비결정질 탄소와 무기나노입자의 형성으로 계층적 구조가 형성된 탄소섬유 표면에 리튬 수지상 돌기를 억제하는 효과를 제시한 모식도와 녹은 리튬이 빠른 시간에 탄소섬유페이퍼에 흡수되는 사진임. [그림 2] 기존 탄소섬유페이퍼와 계층적 구조가 형성된 탄소섬유페이퍼의 리튬 도금량에 따른 형태 사진임.

- KIST-GIST 공동연구팀, 리튬메탈 전지의 구리박막 음극재를 탄소섬유 페이퍼로 대체 - 내구성 3배 이상 향상됐지만, 에너지 밀도 높고 가벼워 경량화도 가능 전기자동차의 보급 확대로 이차전지 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 현재 가장 대중적으로 사용되고 있는 리튬이온 전지보다 용량이 크고 급속충전이 가능한 차세대 이차전지의 필요성이 커지고 있다. 그 가운데 리튬이온의 음극 소재인 흑연을 리튬메탈로 대체한 리튬메탈 전지는 이론적으로 리튬이온 전지보다 10배 높은 용량을 구현할 수 있다. 그러나 충·방전 중에 리튬 표면에 결정 돌기가 생성되면서 분리막을 찢는 현상이 나타나기 때문에 내구성과 안전성 문제가 있어 상용화되지 못하고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김진상) 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장 연구팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 직무대행 박래길) 엄광섭 교수팀과 함께 탄소섬유 페이퍼를 음극소재로 사용하여 리튬메탈 전지의 내구성을 3배 이상 향상시키는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 리튬메탈 전지의 음극 소재로 쓰이는 리튬메탈을 코팅한 구리 박막을 리튬메탈이 함유된 얇은 탄소섬유 페이퍼로 대체했다. 개발된 탄소섬유 페이퍼는 탄소 단섬유 위에 무기 나노입자인 비결정질 탄소와 탄산나트륨으로 표면처리를 하여 리튬 친화적인 특성을 가지는 동시에 리튬 수지상 결정이 뾰족하게 성장하지 못하도록 하였다. KIST-GIST 공동연구진은 개발한 탄소섬유 페이퍼 음극소재를 사용한 결과 구리 박막보다 3배 이상 높은 내구성을 갖는 리튬메탈 전지를 제조할 수 있었다. 구리 박막은 약 100회의 충·방전 사이클 이후에서 단락이 일어났지만, 새로 개발한 탄소섬유 페이퍼는 300 사이클 이상에서도 안정적인 성능을 보였다. 또한 구리 박막을 사용하는 리튬메탈 전지의 에너지 밀도를 240 Wh/kg에서 428 Wh/kg으로 약 1.8배 증가시킬 수 있었다. 더 나아가 녹은 리튬이 탄소섬유 페이퍼에 빠른 시간 내에 흡수되는 특성을 보이기 때문에 전극 제조공정을 단순화시킬 수 있을 것으로 예상된다. 연구를 주도한 KIST 이성호 센터장은 “구리 대비 탄소섬유의 밀도가 5배 낮고 가격도 저렴한 점을 고려할 때, 연구팀이 제안한 음극재는 내구성이 높고 경량화된 리튬메탈 전지 상용화를 앞당길 수 있는 중요한 성과”라고 연구의 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요사업 및 나노소재기술개발사업으로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 ‘어드벤스드 에너지 머티리얼즈’ (IF=29.698, JCR 상위 2.464%) 1월호에 게재되었다. * (논문명) "Construction of Hierarchical Surface on Carbon Fiber Paper for Lithium Metal Batteries with Superior Stability" - (제1저자) 한국과학기술연구원 이윤기 연구원 - (공동교신저자) 광주과학기술원 엄광섭 교수 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 이성호 박사 ※ DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202203770 [그림 1] 고분자의 탄화를 통해 비결정질 탄소와 무기나노입자의 형성으로 계층적 구조가 형성된 탄소섬유 표면에 리튬 수지상 돌기를 억제하는 효과를 제시한 모식도와 녹은 리튬이 빠른 시간에 탄소섬유페이퍼에 흡수되는 사진임. [그림 2] 기존 탄소섬유페이퍼와 계층적 구조가 형성된 탄소섬유페이퍼의 리튬 도금량에 따른 형태 사진임.