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위험한 자극만 알아차리는 똑똑한 전자소자 개발

- 약한 자극에는 적응하고 위험한 자극은 고통으로 느끼게 해 - 인체의 감각을 모사해 휴머노이드 개발 앞당겨 사람의 피부는 계속 가해지는 약한 자극에는 쉽게 적응하지만, 강하고 위험한 자극에는 피부 조직의 손상을 피하고자 지속적인 고통을 느끼게 된다. 이러한 특성은 우리 몸을 외부의 환경에 쉽게 적응할 수 있도록 도와주고, 위험한 상황으로부터 스스로 보호할 수 있도록 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 첨단소재기술연구본부 강종윤 본부장, 전자재료연구센터 윤정호 박사팀이 사람의 피부처럼 약한 자극에 쉽게 적응하고 위험한 자극에는 고통을 느끼는 반도체 전자소자를 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 은(Ag, Silver) 입자의 양을 조절하여 외부 자극 정도에 따라 뇌에 전달하는 생체 신호의 강도를 조절할 수 있는 전자소자를 개발하였다. 은 입자는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 성질을 가진다. 적은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 나노 크기 실선 형태의 약한 필라멘트가 형성되고, 마치 백열전구의 필라멘트처럼 발열이 발생해 전기 회로가 끊어진다. 이러한 특성을 기반으로 반복되는 외부의 약한 자극은 시간이 지남에 따라 흐르는 전류의 양을 줄여 추가 신호를 발생하지 않도록 할 수 있다. 반면, 많은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 두껍고 강한 필라멘트에 의해 전기 회로가 만들어지고, 열이 발생해도 쉽게 끊어지지 않는다. 이러한 원리를 이용해 강한 자극이 가해질 때는 지속해서 고통을 느낄 수 있도록 신호를 발생시키는 것이다. KIST 강종윤 본부장은 “이번 연구는 전자소자가 단순히 고통을 모방하는 특성을 넘어, 인체에 무해한 약한 자극에는 고통을 느끼지 않도록 쉽게 적응하고 인체에 유해한 강한 자극에는 고통을 느낄 수 있도록 한 것에 의의가 있다”고 밝혔으며, 윤정호 박사는 “개발한 기술을 통해 인공 피부, 장기 및 휴머노이드 로봇 발전에 크게 기여할 것”이라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Science’ (IF : 16.806, JCR 분야 상위 5.24%) 최신호에 표지논문(inside back cover)으로 출판되었다. * (논문명) Artificial Adaptive and Maladaptive Sensory Receptors Based on a Surface-Dominated Diffusive Memristor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 송영근 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 강종윤 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 윤정호 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 인체의 신호를 모사한 전자소자 기술 [그림 2] 외부 환경에 쉽게 적응하고 고통을 느낄 수 있는 전자소자

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위험한 자극만 알아차리는 똑똑한 전자소자 개발

- 약한 자극에는 적응하고 위험한 자극은 고통으로 느끼게 해 - 인체의 감각을 모사해 휴머노이드 개발 앞당겨 사람의 피부는 계속 가해지는 약한 자극에는 쉽게 적응하지만, 강하고 위험한 자극에는 피부 조직의 손상을 피하고자 지속적인 고통을 느끼게 된다. 이러한 특성은 우리 몸을 외부의 환경에 쉽게 적응할 수 있도록 도와주고, 위험한 상황으로부터 스스로 보호할 수 있도록 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 첨단소재기술연구본부 강종윤 본부장, 전자재료연구센터 윤정호 박사팀이 사람의 피부처럼 약한 자극에 쉽게 적응하고 위험한 자극에는 고통을 느끼는 반도체 전자소자를 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 은(Ag, Silver) 입자의 양을 조절하여 외부 자극 정도에 따라 뇌에 전달하는 생체 신호의 강도를 조절할 수 있는 전자소자를 개발하였다. 은 입자는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 성질을 가진다. 적은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 나노 크기 실선 형태의 약한 필라멘트가 형성되고, 마치 백열전구의 필라멘트처럼 발열이 발생해 전기 회로가 끊어진다. 이러한 특성을 기반으로 반복되는 외부의 약한 자극은 시간이 지남에 따라 흐르는 전류의 양을 줄여 추가 신호를 발생하지 않도록 할 수 있다. 반면, 많은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 두껍고 강한 필라멘트에 의해 전기 회로가 만들어지고, 열이 발생해도 쉽게 끊어지지 않는다. 이러한 원리를 이용해 강한 자극이 가해질 때는 지속해서 고통을 느낄 수 있도록 신호를 발생시키는 것이다. KIST 강종윤 본부장은 “이번 연구는 전자소자가 단순히 고통을 모방하는 특성을 넘어, 인체에 무해한 약한 자극에는 고통을 느끼지 않도록 쉽게 적응하고 인체에 유해한 강한 자극에는 고통을 느낄 수 있도록 한 것에 의의가 있다”고 밝혔으며, 윤정호 박사는 “개발한 기술을 통해 인공 피부, 장기 및 휴머노이드 로봇 발전에 크게 기여할 것”이라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Science’ (IF : 16.806, JCR 분야 상위 5.24%) 최신호에 표지논문(inside back cover)으로 출판되었다. * (논문명) Artificial Adaptive and Maladaptive Sensory Receptors Based on a Surface-Dominated Diffusive Memristor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 송영근 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 강종윤 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 윤정호 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 인체의 신호를 모사한 전자소자 기술 [그림 2] 외부 환경에 쉽게 적응하고 고통을 느낄 수 있는 전자소자

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- 약한 자극에는 적응하고 위험한 자극은 고통으로 느끼게 해 - 인체의 감각을 모사해 휴머노이드 개발 앞당겨 사람의 피부는 계속 가해지는 약한 자극에는 쉽게 적응하지만, 강하고 위험한 자극에는 피부 조직의 손상을 피하고자 지속적인 고통을 느끼게 된다. 이러한 특성은 우리 몸을 외부의 환경에 쉽게 적응할 수 있도록 도와주고, 위험한 상황으로부터 스스로 보호할 수 있도록 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 첨단소재기술연구본부 강종윤 본부장, 전자재료연구센터 윤정호 박사팀이 사람의 피부처럼 약한 자극에 쉽게 적응하고 위험한 자극에는 고통을 느끼는 반도체 전자소자를 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 은(Ag, Silver) 입자의 양을 조절하여 외부 자극 정도에 따라 뇌에 전달하는 생체 신호의 강도를 조절할 수 있는 전자소자를 개발하였다. 은 입자는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 성질을 가진다. 적은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 나노 크기 실선 형태의 약한 필라멘트가 형성되고, 마치 백열전구의 필라멘트처럼 발열이 발생해 전기 회로가 끊어진다. 이러한 특성을 기반으로 반복되는 외부의 약한 자극은 시간이 지남에 따라 흐르는 전류의 양을 줄여 추가 신호를 발생하지 않도록 할 수 있다. 반면, 많은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 두껍고 강한 필라멘트에 의해 전기 회로가 만들어지고, 열이 발생해도 쉽게 끊어지지 않는다. 이러한 원리를 이용해 강한 자극이 가해질 때는 지속해서 고통을 느낄 수 있도록 신호를 발생시키는 것이다. KIST 강종윤 본부장은 “이번 연구는 전자소자가 단순히 고통을 모방하는 특성을 넘어, 인체에 무해한 약한 자극에는 고통을 느끼지 않도록 쉽게 적응하고 인체에 유해한 강한 자극에는 고통을 느낄 수 있도록 한 것에 의의가 있다”고 밝혔으며, 윤정호 박사는 “개발한 기술을 통해 인공 피부, 장기 및 휴머노이드 로봇 발전에 크게 기여할 것”이라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 차세대지능형반도체기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Science’ (IF : 16.806, JCR 분야 상위 5.24%) 최신호에 표지논문(inside back cover)으로 출판되었다. * (논문명) Artificial Adaptive and Maladaptive Sensory Receptors Based on a Surface-Dominated Diffusive Memristor - (제 1저자) 한국과학기술연구원 송영근 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 강종윤 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 윤정호 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 인체의 신호를 모사한 전자소자 기술 [그림 2] 외부 환경에 쉽게 적응하고 고통을 느낄 수 있는 전자소자

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2022년 KIST 홍보영상

(TITLE) ‘KISTandard’ (nar.) 어제의 KIST가 대한민국에 숨을 불어넣었다면, 오늘의 KIST는 보다 자유롭게 숨쉴 수 있는 환경을 만들어갑니다. (nar.) In the past, KIST breathed new life into Korea. Now, KIST strives to create a world where we can breathe freely. (nar.) 어제의 KIST가 희망찬 내일을 만들어왔다면, 오늘의 KIST는 내일을 넘어 지속 가능한 미래를 열어갑니다. (nar.) In the past, KIST helped build a brighter future. Now, KIST is dedicated to building a sustainable future. (nar.) 미래를 오늘로 만드는 연구소 GRaND KIST Bringing the Future to the Present GRaND KIST<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";mso-ascii-theme-font:major-latin;="" mso-fareast-theme-font:major-latin;mso-hansi-theme-font:major-latin;mso-bidi-font-family:="" 함초롬돋움;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> (Remark) KIST는 1966년에 설립된 이후 수많은 도전을 이어가면 대한민국의 산업과 경제를 살리고, 세계 속에 대한민국을 우뚝 세우는 기적의 역사를 써왔습니다. 이러한 노력으로 선진국 반열에 당당히 올라서게 된 대한민국! KIST 이제 어떤 도전을 이어가야 할까요? (Remark) Since its establishment in 1966, KIST has been the cornerstone of Korea’s industrial and economic development, spearheading its miraculous journey to become a global economic powerhouse on par with developed countries. What will be the next chapter of the KIST story? “KIST는 어떤 도전을 이어가야 할까요?” “What will be the next chapter of the KIST story?” (Subtitle) 유병현 책임연구원 / 인공지능연구단 (Subtitle) Byounghyun Yoo, Principal Researcher / Center for Artificial Intelligence (Nar.) 성공 가능성은 매우 낮지만 성공하면 세상을 바꿀 수 있는 초고난도의 연구들. KIST는 그랜드챌린지를 통해 답이 없는 미지의 영역에서 세계 최초의 연구를 시도하고 있습니다. (Nar.) KIST’s GRaND Challenge Program focuses on exploring the most challenging research projects, for while they may have only have a slim chance of succeeding, they harbor the potential to revolutionize the world. Through this program, KIST will voyage into uncharted territory to seek out answers to the unknown. 초고난도 연구에 도전 (Subtitle) The most challenging research projects (Nar.) 자폐를 조기에 진단하고, 누구나 건강하게 나이들 수 있도록, 장애를 넘어 눈이 되어주는 기술까지. (Nar.) KIST has developed technologies capable of diagnosing autism in the early stages, promoting healthy aging, and enabling people with visual impairments to see again. (Subtitle) 자폐 조기진단 및 치료제 개발 Early diagnosis and treatment of autism 건강한 노화를 유도하는 원천기술 Fundamental technologies for healthy aging 인공광수용체 기반 시각복원 기술 Vision restoration technology using artificial photoreceptors (Remark) KIST의 과감한 도전정신은 실패를 두려워하지 않습니다. 그건 사람, 공동체, 지구를 위해 지속 가능한 연구를 하겠다는 KIST의 책임감 때문이기도 하죠. 앞서 걸어온 발자취가 그러했듯이 KIST는 대한민국 연구소가 나아가야 할 기준을 만들어갑니다. (Remark) KIST fearlessly steps up to face new challenges. Our mission is to carry out sustainable research for humans, for communities, and for Earth. Building upon our legacy, we will set a new benchmark of excellence for research institutes in Korea. (Subtitle) 이선미 책임연구원 / 청정에너지연구센터 (Subtitle) Sun Mi Lee, Principal Researcher / Clean Energy Research Center l EARTH (Nar.) KIST는 오늘날 마주하고 있는 기후위기를 과학기술로 대비하고자 기후·환경연구소를 새롭게 출범하고, 지속가능한 지구를 위해 빅사이언스에 도전하고 있습니다. (Nar.) As part of its efforts to address climate change through science and technology solutions, KIST established the Climate and Environmental Research Institute, where “Big Science” initiatives are carried out with the aim of safeguarding Earth’s sustainability. (Nar.) 이에 기후환경연구소에서는 이 작은 물방울 하나도 허투루 보지 않습니다. 이 속에 담겨 있는 무수한 정보들이 KIST의 센서, 소재, 계산과학 등과 같은 다학제 역량과 융합하면 그 누구도 생각하지 못한 새로운 연구영역이 열릴 수 있기 때문입니다. (Nar.) At the Climate and Environmental Research Institute, not a single drop of water goes to waste. By integrating the institute’s wealth of information with KIST’s sensory, materials science, computational science, and other multidisciplinary capabilities, we are able to discover fresh and innovative new areas of research. (Subtitle) <span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:"맑은="" 고딕";="" mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:red;mso-bidi-font-weight:bold;="" mso-bidi-font-style:italic"=""> 기후위기의 시대 미래를 위한 선택 Making future-oriented choices to tackle the climate crisis 탄소중립을 실현할 고효율 인공광합성 시스템 Achieving carbon neutrality through high-efficiency artificial photosynthesis systems 지속 가능한 미래로 이끄는 Big Science Charting a course for sustainability with Big Science (Remark) 기후 환경 연구소는 인공구름을 만듭니다. 이 연구에 성공하게 된다면 가뭄에 대비한 인공 강수는 물론 기후에 미치는 구름의 영향을 연구하는데 크게 기여하게 됩니다. (Remark) The Climate and Environmental Research Institute is working on creating artificial clouds. If successful, this project will be a major milestone in the advancement of nephology and contribute tremendously to research on artificial precipitation as a solution for droughts. (Subtitle) Seongsoo Yum, Director-General of Research / Climate and Environmental Research Institute<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";mso-ascii-theme-font:minor-fareast;mso-fareast-theme-font:="" minor-fareast;mso-hansi-theme-font:minor-fareast;mso-bidi-font-family:함초롬돋움;="" mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> (NAR.) 탄소배출 제로를 만들지 않는다면 더 이상 기대할 수 없는 지구의 시간! KIST는 오늘도 지속 가능한 지구를 위해 탄소배출 제로를 향해 도전하고 있습니다. (Nar.) Achieving zero emissions is essential to preserving life on Earth. That is why KIST is committed to making a sustainable Earth through carbon neutrality. (Subtitle) 탄소배출 0 Zero carbon emissions 탄소중립 사회<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Carbon neutral society 더 안전하고 멀리 가는 전기 자동차를 위해 배터리를 개발하고 있습니다. (Remark) We are developing batteries that can improve the safety and range of electric vehicles. (Subtitle) 이민아 선임연구원 / 에너지저장연구센터 Minah Lee, Senior Researcher / Energy Storage Research Center (Subtitle) 친환경 사회를 위해 혁신소재 적용한<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> 차세대 K-배터리<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Next-generation “K” batteries made from innovative, eco-friendly materials (Remark) 효율 높은 인공광합성 기술을 연구하고 있습니다. (Remark) We are researching high-efficiency artificial photosynthesis technologies. (Subtitle) 오형석 책임연구원 / 청정에너지연구센터 Hyung-Suk Oh, Principal Researcher / Clean Energy Research Center (Subtitle) 자연이 준 선물 A gift from Mother Nature 인공 광합성 기술 Artificial photosynthesis technology (Nar.) 이러한 생각이 끝끝내 세상을 바꾸고, 미래를 바꿀 수 있기에 깨끗한 환경을 과학기술로 만들어가고 있습니다. (Nar.) These ideas have the power to change Earth and our future. That is why we are leveraging science and technology to create a clean environment. (Subtitle) 지속가능한 미래 수자원 확보<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Securing a sustainable future water supply l COMMUNITY KIST는 함께 상생하고, 지속 성장할 수 있는 공동체의 길을 열어가고 있습니다. KIST의 끊임없는 도전이 만든 성과들은 기업이라는 좋은 친구와 함께 성장하기 위해 기술의 장벽을 낮추고 있습니다. 기술이전과 함께 기업인과 연구원이 공동으로 연구할 수 있도록 링킹랩을 구축하고, 지역공동체와 함께 지속 성장할 수 있는 내일의 길을 열어가고 있습니다 (Nar.) KIST seeks to foster mutually beneficial and sustainable growth across our local communities, by making use of our drive for excellence in research outcomes to lower technological barriers and promote joint growth with businesses and other members of these communities. To create an ecosystem favorable for such growth, KIST launched Linking Lab, which facilitates technology transfers and joint research opportunities between entrepreneurs and researchers. (Subtitle) <span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:"맑은="" 고딕";="" mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> 지속가능한 미래를 위한 공동체 Communities that create a sustainable future 링킹랩(Linking Lab) Linking Lab GRaND-K 창업학교 GRaND-K Startup School Open another world with composite materials beyond the limit Pushing the boundaries of our world with composite materials KIST 전북 복합소재기술연구소 / KIST Jeonbuk Institute of Advanced Composite Materials Bringing the world happiness through natural products! KIST 강릉 천연물연구소 / KIST Gangneung Institute of Natural Products 여기 홍릉강소특구는 주변 대학과 기업과 연계하여 세계적인 도심형 바이오・의료산업 클러스터로 도약할 것입니다. (Remark) The Hongneung R&D InnoTown is poised to become a world-class urban bio-medical cluster connecting universities and businesses. (Subtitle) 김영준 이마고웍스 대표 / 바이오닉스연구센터 Youngjun Kim, Imagoworks CEO / Bionics Research Center (Subtitle) <span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:"맑은="" 고딕";="" mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> 개방형 혁신과 융합연구의 허브<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> A hub for open innovation and convergence research 홍릉강소특구<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;="" mso-fareast-font-family:"맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;="" color:windowtext;mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Hongneung R&D InnoTown 고려대, KIST, 경희대<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;="" mso-fareast-font-family:"맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;="" color:windowtext;mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Korea University, KIST, Kyung Hee University The First Mover in Environmental Sustainability KIST 유럽연구소 / KIST Europe<span lang="NL" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;="" mso-fareast-font-family:"맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;="" color:red;mso-ansi-language:nl;mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:="" italic"=""> KOICA와 KIST가 ODA(공적개발원조)사업 통해 과학기술모델 전수<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> The ODA programs run by KOICA and KIST have resulted in the successful transfer of many S&T models 한-베 과학기술연구원 / VKIST 설립 지원<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Supported the establishment of VKIST (Vietnam-Korea Institute of Science and Technology) (Vietnamese) VKIST는 이제 베트남의 미래를 짊어질 희망이 되고 있습니다 (Remark) VKIST is the beacon of hope that will light the way forward for Vietnam.<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";mso-ascii-theme-font:="" minor-fareast;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;mso-hansi-theme-font:minor-fareast;="" mso-bidi-font-family:함초롬돋움;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:bold;="" mso-bidi-font-style:italic"=""> 베트남에 심은 ‘과학씨앗’ ‘Seed of Science’ planted in Vietnam (Subtitle) Nguy Phan Tin / VKIST Researcher 특히 국민의 건강. 안전. 안보는 KIST에게 주어진 막중한 책무입니다. KIST는 팬데믹과 같은 재난 상황에서 K-방역이 지속 가능하도록 의료시스템을 개발하고 산업재해 현장의 위험을 낮추는 ICT 융합기술을 연구하고 있습니다. 또한, 과학기술로 국가의 안보와 국방을 강화하고 경찰과 연계하여 폴리스랩을 구축해 국민의 치안과 안전을 책임집니다. (Nar.) Above all, protecting people’s health, safety, and security is a duty we take seriously at KIST. We help develop resilient medical systems that can withstand future pandemics, and research ICT convergence technology that can mitigate the risk of industrial accidents. In addition, we work to strengthen national security and national defense using science and technology, and coordinate with the police to bolster public order and safety through the Police Lab. (Subtitle) KIST + NST 안전증강융합연구단 / Augmented Safety Systems Intelligence Sensing Tracking K-DARPA KIST, Demand-based Aim-oriented Research for Public Agendas 국방 안보 강화 출처 : 대한민국 청와대 Strengthening national security Source: The Blue House, South Korea 폴리스랩 / Police Lab l HUMAN KIST의 이 모든 도전은 바로 사람을 위한 길입니다 우리가 우리 스스로를 사랑하고 존중하는 문화는 인간을 향한 기술이 무엇인지를 알려주고 초고난도 연구에 거듭 도전할 수 있는 힘이 되기 때문입니다. (Nar.) All of our hard work is for humanity’s benefit. Learning to love and respect ourselves is the starting point for identifying the technologies most needed by humankind and is what fuels our unflagging determination to tackle the most challenging research projects. (Subtitle) ‘희망’을 향한 인간다움<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Giving hope to humanity 연구자의 자긍심을 고취시키는 평가체계 혁신<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Innovating evaluation systems that instill pride in our researchers 세계최초, 최고의 연구에 두려움 없이 도전하는 연구환경 조성<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Creating an environment where researchers are not afraid to strive to be the first and the best in their field of research 치매를 치료할 수 있는 새로운 글로벌 신약 개발 연구를 진행하고 있습니다. (Remark) We are developing a new drug that can treat dementia. (Subtitle) 박기덕 책임연구원 / 단장 / 뇌과학융합연구단 Ki Duk Park, Principal Researcher (Head) / Convergence Research Center for Brain Science<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";="" mso-ascii-theme-font:minor-fareast;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;="" mso-hansi-theme-font:minor-fareast;mso-bidi-font-family:함초롬돋움;color:windowtext;="" mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> (Subtitle) 인간의 존엄성을 지키는 치매 치료 신약 개발<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> New dementia treatment drugs that can preserve human dignity (Remark) 생각만으로 내 몸처럼 움직이는 로봇을 만들고 있습니다. (Remark) We are building a human-like robot that you can control with your mind. (Subtitle) 김래현 책임연구원 / 바이오닉스연구센터<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";="" mso-ascii-theme-font:minor-fareast;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;="" mso-hansi-theme-font:minor-fareast;mso-bidi-font-family:함초롬돋움;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Laehyun Kim, Principal Researcher / Bionics Research Center<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";mso-ascii-theme-font:minor-fareast;="" mso-fareast-theme-font:minor-fareast;mso-hansi-theme-font:minor-fareast;="" mso-bidi-font-family:함초롬돋움;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:bold;="" mso-bidi-font-style:italic"=""> (Subtitle) 신체의 한계를 뛰어넘는<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> BCI 기술 BCI technologies that transcend the limitations of the human body (Remark) 인공지능과 감성적으로 교감할 수 있는 인공휴먼을 만듭니다. (Remark) We are building an AI human that can communicate on an emotional level. (Subtitle) 임화섭 인공지능연구단 / 단장 / 인공지능연구단<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";mso-ascii-theme-font:minor-fareast;mso-fareast-theme-font:="" minor-fareast;mso-hansi-theme-font:minor-fareast;mso-bidi-font-family:함초롬돋움;="" mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> Hwasup Lim, Principal Researcher (Head) / Center for Artificial Intelligence<span lang="EN-US" style="font-family:" 맑은="" 고딕";mso-ascii-theme-font:="" minor-fareast;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;mso-hansi-theme-font:minor-fareast;="" mso-bidi-font-family:함초롬돋움;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:bold;="" mso-bidi-font-style:italic"=""> (Subtitle) 인간의 온도와 감성을 더한 감성 교감 인공휴먼 기술<span lang="EN-US" style="font-family:" times="" new="" roman",serif;mso-fareast-font-family:="" "맑은="" 고딕";mso-fareast-theme-font:minor-fareast;color:windowtext;mso-bidi-font-weight:="" bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> AI human technology with added emotional intelligence and human perception (Nar.) 성과 중심을 넘어 사람 중심의 연구기관으로 도약하고 있는 KIST ‘KISTandard(키스탠다드)’를 통해 사람, 공동체, 지구를 위한 지속가능한 연구는 멈추지 않고 계속될 것입니다. (Nar.) KIST not only focuses on what people achieve, but on the people themselves. Under the ‘KISTandard,’ we will continue our mission to pursue sustainable research for humans, for communities, and for Earth. (자막) Challenge 우리는 세계 최초, 최고의 연구에 두려움 없이 도전하는 KIST연구자입니다. (Remark) We will challenge ourselves to take on world-first, world-best research with an undaunted spirit. (Subtitle) 정승준 책임연구원 / 소프트융합소재연구센터 Seungjun Chung, Principal Researcher / Soft Hybrid Materials Research Center<span lang="EN-US" style="font-family: " 맑은="" 고딕";mso-ascii-theme-font:minor-fareast;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;="" mso-hansi-theme-font:minor-fareast;mso-bidi-font-family:함초롬돋움;color:windowtext;="" mso-bidi-font-weight:bold;mso-bidi-font-style:italic"=""> (자막) Self-Esteem 우리는 사람 중심의 철학을 갖고, 연구자 중심의 문화를 이끌어 갑니다. (Remark) Our work is grounded by a people-centric approach and underpinned by a researcher-oriented organizational culture. (Subtitle) 이상희 선임연구원 / 뇌과학창의연구단 Sanghee Lee, Senior Researcher / Creative Research Center for Brain Science (자막) Responsibility 우리는 국민의 기대에 부응하는 과학기술로 지속가능한 사람, 공동체, 지구의 미래를 만들어 갑니다. (Remark) We will build a sustainable future for humans, communities, and Earth by delivering the scientific and technological achievements our society seeks. (Subtitle) 김재욱 선임연구원 / 인공뇌융합연구단 Jaewook Kim, Senior Researcher / Center for Neuromorphic Engineering (Nar.) 원대한 도전을 통해 대한민국의 미래는 KIST가 책임지겠습니다. (Nar.) We are committed to building a better, brighter future powered by unrivaled research excellence. (Subtitle) 미래를 오늘로 만드는 연구소 Bringing the Future to the Present GRaND KIST

소개영상

KIST, 제 56주년 개원기념식 개최

- 오랜 추격의 관성을 버리고 실패의 부담으로부터 자유롭게 - KIST인 대상 : KIST 김찬수 박사, 송곡과학기술상 : 포항공과대학교 한세광 교수 수상 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 개원 56주년을 맞아 2월 10일(목) 오전 10시 40분부터 서울 성북구 본원에서 제56주년 개원기념식을 개최했다. 이번 개원기념식은 코로나19 관련 방역 수칙을 준수하여 화상회의 및 온라인 생중계를 통해 진행되었으며, KIST에서 개발한 코로나 19 확진자-접촉자 추적 시스템(CTS, Contact Tracing System)을 적용하였다. 본 기술을 통해 행사 참석자 중 확진자가 발생할 경우 참석자는 10분 내에 확진자 접촉여부를 확인할 수 있다. 이날 식전행사로 KIST 직원들이 직접 선정한 2021년 KIST 7대 HOT뉴스가 영상으로 공개되었다. 주요 정책 및 이슈 부문에는 ‘두려움 없는 연구소를 위한 제도와 시스템 혁신’ 등 3건이, 연구성과 부문은 ‘면역증강제 기술 적용된 K-백신 임상 2상 안정성 유효성 입증’ 등 4건이 선정되었다. KIST인 대상 계산과학연구센터 김찬수 박사 송곡과학기술상 포항공대 한세광 교수 이어진 본 행사에서는 ‘KIST인 대상’, ‘송곡과학기술상’ 등 13개 부문의 시상식이 진행됐다. ‘KIST인 대상’은 코로나19 유행예측, 정책평가 및 경제성 분석 연구를 수행하였으며 최적의 방역 정책 설계를 통해 국민생활의 안전성 및 경제적 편익을 제공한 공로로 KIST 계산과학연구센터 김찬수 박사가 수상하였으며, ‘송곡과학기술상’ 신소재 개발 분야에는 당뇨 진단 및 합병증 치료 약물전달시스템이 장착된 스마트 콘택트렌즈를 개발하여 차세대 스마트 웨어러블 의료기기의 학문적, 산업적 발전에 기여한 공로로 포항공과대학교 한세광 교수가 수상했다. 윤석진 원장은 기념사에서 “실패의 부담으로부터 자유롭고 초고난도 연구에 마음껏 도전할 수 있도록 제도와 시스템을 지원하겠다.”라며 “개원 56주년 맞이하여 오랜 추격의 관성을 버리고 ‘위대한 연구소, GRaND KIST’로 도약할 것”을 강조했다. 용홍택 과기부 1차관, 김복철 연구회 이사장을 비롯하여 더불어민주당 이원욱, 조승래, 국민의힘 박성중 여·야 간사도 영상을 통해 축하 메시지를 보냈다. 박호군 KIST 연우회장은 “장기화되고 있는 코로나19 상황일수록 KIST 설립 초창기 과학기술인들의 정신을 되새기며 연구자의 역할을 이어나갈 것”을 당부했다. KIST는 1966년 개원이래 지난 56년간 국가 과학기술 발전을 위해 연구에 매진해왔으며, 국가 산업화 씽크탱크, 선진기술 출격 연구, 선도적 원천기술 연구 등 과학기술발전을 위해 노력해 왔다.

주요행사 및 인사동정

늘리고 바르고..형태의 틀을 깬 리튬이온 이차전지 개발

- 신축성과 접착성, 이온 전달까지 잘 되는 늘어나고 변형되는 배터리 구현 - 모든 부품을 늘어나게 만들어 인쇄하여 옷에 바를수도... 웨어러블 기기 응용 가능 <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-74c10938-0cc3-4bd1-a80a-ca0c1ba76d99" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 1] 완전히 신축성 있는 자유형상형 리튬이온배터리의 전극 구조 개략도와 신축성 직물에 인쇄된 팔토시 개략도 국내 연구진이 신체 착용형 기기의 발전에 발맞춰 사용할 수 있도록 말랑말랑하게 변형되고 늘어나는 리튬 배터리를 개발, 옷 표면에 인쇄하여 그 가능성을 시험했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀은 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모두 소재 자체가 신축성을 가지면서도 인쇄가 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 밝혔다. 개발한 리튬 배터리는 높은 용량과 함께 자유로운 형태를 가져 변형이 가능하다. 최근 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기, 그리고 실감 메타버스를 위한 말랑말랑한 착용형 디바이스로의 관심이 폭발적으로 커짐에 따라 배터리도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 하기 어려웠다. 또한, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하는 데다 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5eb54a34-320e-4ede-93be-947c6c2746db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;">[그림 2] 신축성 유기젤(PCOG)/활물질 양/음극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 유기젤 분리막 및 신축성 직물에 인쇄된 완전히 신축성 있는 리튬이온배터리의 조립된 셀의 개략도. 유기젤/활물질 복합 전극은 물리적으로 가교된 결정 영역, 팽창된 비정질 연질 영역 및 활물질을 잘 잡아주는 기능화된 부분을 포함하여 안정적인 신축성과 높은 접착력, 높은 이온전도도를 제공함. 1D 탄소나노튜브와 다중 크기 금속 미세입자 나노복합 집전체는 구조적으로 늘어난 상태에서도 전자 전달 경로를 유지함. <span class="se-fs- se-ff- " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;"> 연구진은 배터리에 신축성을 부여하기 위해 타 연구처럼 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다. 기존의 바인더를 기반으로 말랑말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발하여 적용하였는데, 이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온 전달이 용이하다. 또한, 신축성과 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용하여 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-abfd298c-ca66-4ab4-8a3e-096d77320869" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 3] (a) 제작된 신축성 배터리의 개략도. (b) 늘이기 전(검은색), 50% 늘인(빨간색), 다시 돌아온 (파란색) 상태에서의 스트레처블 배터리 충방전 곡선. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-3a7caa61-8999-416e-b609-62c8d18907e5" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(c) 0% ~ 50% 범위의 변형률에서 스트레처블 배터리 방전 용량 변화. (d) 0%에서 50% 변형률의 반복적인 스트레칭/해제에서 용량 변화. (e) 발광 다이오드 전구를 켜는 다양한 변형 상태의 신축성 배터리 사진. 또한, 이 배터리는 기존의 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있어 3.3 V 이상의 구동 전압하에서 판매중인 단단한 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 우수한 에너지 저장 밀도 (~2.8 mWh/cm2)을 보였다. 또한 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성 및 1,000번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리를 개발하였다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-fe94e9af-2d24-4753-9642-1001f5614d14" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 4] 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄했다. 또한, 연구진은 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄하였다. 해당 배터리를 사용하여 입고 벗고 잡아당길 때에도 스마트 워치를 계속 구동할 수 있었다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5293cd06-5ac4-4e82-8f92-f4a71ae858db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 5] (a) 인쇄 가능한 신축성 전극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 패키징, 신축성 직물를 신축성 분리막으로 사용한, 신축성 직물에 인쇄된 신축성 배터리의 개략도. (b) 신축성 옷에 인쇄된 스트레처블 배터리의 주사형 전자현미경 단면 이미지. (c) 변형률에 따른 용량 변화. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-655e1444-d4b2-4f6b-9258-1eef6d8293fd" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(d) 팔꿈치의 다양한 각도 변형에 따른 스트레치 팔토시에 인쇄된 신축성 배터리의 전압 및 전류 변화. (e) 신축성 팔토시 위에 인쇄된 신축성 리튬 이온 배터리와, 이와 연결되어 팔토시의 착용 및 스트레칭 전후에도 지속적으로 작동하는 스마트 시계의 사진 이미지. KIST 손정곤 박사는 “높은 에너지 밀도 및 기계적 변형에 대한 신축 안정성 이외에도, 구조적 자유도와 기존의 리튬 이온 배터리의 소재를 사용할 수 있는 재료적 자유도를 동시에 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 기술을 개발했다.”라며, “이번에 개발한 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)지원으로 KIST 주요사업과 K-lab 프로그램, 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:15.881)에 1월 21일(금)자로 온라인 게재되었다. 1) 집전체 : 활물질에서 전기화학 반응이 일어나도록 전자를 외부에서 전달하거나 또는 활물질에서 전자를 받아 외부로 흘려 보내는 통로 역할을 한다. 2) 바인더 : 바인더는 전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣어주는 고분자 소재로, 전극을 코팅하여 제작하였을 때 전극을 기계적으로 안정화하는 역할을 한다. * (논문명) Intrinsically Stretchable and Printable Lithium-Ion Battery for Free-Form Configuration - (제 1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 (現, 삼성디스플레이) - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원

최신연구성과

늘리고 바르고..형태의 틀을 깬 리튬이온 이차전지 개발

- 신축성과 접착성, 이온 전달까지 잘 되는 늘어나고 변형되는 배터리 구현 - 모든 부품을 늘어나게 만들어 인쇄하여 옷에 바를수도... 웨어러블 기기 응용 가능 <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-74c10938-0cc3-4bd1-a80a-ca0c1ba76d99" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 1] 완전히 신축성 있는 자유형상형 리튬이온배터리의 전극 구조 개략도와 신축성 직물에 인쇄된 팔토시 개략도 국내 연구진이 신체 착용형 기기의 발전에 발맞춰 사용할 수 있도록 말랑말랑하게 변형되고 늘어나는 리튬 배터리를 개발, 옷 표면에 인쇄하여 그 가능성을 시험했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀은 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모두 소재 자체가 신축성을 가지면서도 인쇄가 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 밝혔다. 개발한 리튬 배터리는 높은 용량과 함께 자유로운 형태를 가져 변형이 가능하다. 최근 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기, 그리고 실감 메타버스를 위한 말랑말랑한 착용형 디바이스로의 관심이 폭발적으로 커짐에 따라 배터리도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 하기 어려웠다. 또한, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하는 데다 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5eb54a34-320e-4ede-93be-947c6c2746db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;">[그림 2] 신축성 유기젤(PCOG)/활물질 양/음극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 유기젤 분리막 및 신축성 직물에 인쇄된 완전히 신축성 있는 리튬이온배터리의 조립된 셀의 개략도. 유기젤/활물질 복합 전극은 물리적으로 가교된 결정 영역, 팽창된 비정질 연질 영역 및 활물질을 잘 잡아주는 기능화된 부분을 포함하여 안정적인 신축성과 높은 접착력, 높은 이온전도도를 제공함. 1D 탄소나노튜브와 다중 크기 금속 미세입자 나노복합 집전체는 구조적으로 늘어난 상태에서도 전자 전달 경로를 유지함. <span class="se-fs- se-ff- " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;"> 연구진은 배터리에 신축성을 부여하기 위해 타 연구처럼 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다. 기존의 바인더를 기반으로 말랑말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발하여 적용하였는데, 이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온 전달이 용이하다. 또한, 신축성과 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용하여 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-abfd298c-ca66-4ab4-8a3e-096d77320869" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 3] (a) 제작된 신축성 배터리의 개략도. (b) 늘이기 전(검은색), 50% 늘인(빨간색), 다시 돌아온 (파란색) 상태에서의 스트레처블 배터리 충방전 곡선. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-3a7caa61-8999-416e-b609-62c8d18907e5" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(c) 0% ~ 50% 범위의 변형률에서 스트레처블 배터리 방전 용량 변화. (d) 0%에서 50% 변형률의 반복적인 스트레칭/해제에서 용량 변화. (e) 발광 다이오드 전구를 켜는 다양한 변형 상태의 신축성 배터리 사진. 또한, 이 배터리는 기존의 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있어 3.3 V 이상의 구동 전압하에서 판매중인 단단한 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 우수한 에너지 저장 밀도 (~2.8 mWh/cm2)을 보였다. 또한 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성 및 1,000번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리를 개발하였다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-fe94e9af-2d24-4753-9642-1001f5614d14" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 4] 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄했다. 또한, 연구진은 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄하였다. 해당 배터리를 사용하여 입고 벗고 잡아당길 때에도 스마트 워치를 계속 구동할 수 있었다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5293cd06-5ac4-4e82-8f92-f4a71ae858db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 5] (a) 인쇄 가능한 신축성 전극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 패키징, 신축성 직물를 신축성 분리막으로 사용한, 신축성 직물에 인쇄된 신축성 배터리의 개략도. (b) 신축성 옷에 인쇄된 스트레처블 배터리의 주사형 전자현미경 단면 이미지. (c) 변형률에 따른 용량 변화. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-655e1444-d4b2-4f6b-9258-1eef6d8293fd" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(d) 팔꿈치의 다양한 각도 변형에 따른 스트레치 팔토시에 인쇄된 신축성 배터리의 전압 및 전류 변화. (e) 신축성 팔토시 위에 인쇄된 신축성 리튬 이온 배터리와, 이와 연결되어 팔토시의 착용 및 스트레칭 전후에도 지속적으로 작동하는 스마트 시계의 사진 이미지. KIST 손정곤 박사는 “높은 에너지 밀도 및 기계적 변형에 대한 신축 안정성 이외에도, 구조적 자유도와 기존의 리튬 이온 배터리의 소재를 사용할 수 있는 재료적 자유도를 동시에 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 기술을 개발했다.”라며, “이번에 개발한 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)지원으로 KIST 주요사업과 K-lab 프로그램, 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:15.881)에 1월 21일(금)자로 온라인 게재되었다. 1) 집전체 : 활물질에서 전기화학 반응이 일어나도록 전자를 외부에서 전달하거나 또는 활물질에서 전자를 받아 외부로 흘려 보내는 통로 역할을 한다. 2) 바인더 : 바인더는 전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣어주는 고분자 소재로, 전극을 코팅하여 제작하였을 때 전극을 기계적으로 안정화하는 역할을 한다. * (논문명) Intrinsically Stretchable and Printable Lithium-Ion Battery for Free-Form Configuration - (제 1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 (現, 삼성디스플레이) - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원

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늘리고 바르고..형태의 틀을 깬 리튬이온 이차전지 개발

- 신축성과 접착성, 이온 전달까지 잘 되는 늘어나고 변형되는 배터리 구현 - 모든 부품을 늘어나게 만들어 인쇄하여 옷에 바를수도... 웨어러블 기기 응용 가능 <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-74c10938-0cc3-4bd1-a80a-ca0c1ba76d99" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 1] 완전히 신축성 있는 자유형상형 리튬이온배터리의 전극 구조 개략도와 신축성 직물에 인쇄된 팔토시 개략도 국내 연구진이 신체 착용형 기기의 발전에 발맞춰 사용할 수 있도록 말랑말랑하게 변형되고 늘어나는 리튬 배터리를 개발, 옷 표면에 인쇄하여 그 가능성을 시험했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀은 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모두 소재 자체가 신축성을 가지면서도 인쇄가 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 밝혔다. 개발한 리튬 배터리는 높은 용량과 함께 자유로운 형태를 가져 변형이 가능하다. 최근 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기, 그리고 실감 메타버스를 위한 말랑말랑한 착용형 디바이스로의 관심이 폭발적으로 커짐에 따라 배터리도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 하기 어려웠다. 또한, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하는 데다 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5eb54a34-320e-4ede-93be-947c6c2746db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;">[그림 2] 신축성 유기젤(PCOG)/활물질 양/음극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 유기젤 분리막 및 신축성 직물에 인쇄된 완전히 신축성 있는 리튬이온배터리의 조립된 셀의 개략도. 유기젤/활물질 복합 전극은 물리적으로 가교된 결정 영역, 팽창된 비정질 연질 영역 및 활물질을 잘 잡아주는 기능화된 부분을 포함하여 안정적인 신축성과 높은 접착력, 높은 이온전도도를 제공함. 1D 탄소나노튜브와 다중 크기 금속 미세입자 나노복합 집전체는 구조적으로 늘어난 상태에서도 전자 전달 경로를 유지함. <span class="se-fs- se-ff- " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;"> 연구진은 배터리에 신축성을 부여하기 위해 타 연구처럼 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다. 기존의 바인더를 기반으로 말랑말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발하여 적용하였는데, 이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온 전달이 용이하다. 또한, 신축성과 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용하여 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-abfd298c-ca66-4ab4-8a3e-096d77320869" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 3] (a) 제작된 신축성 배터리의 개략도. (b) 늘이기 전(검은색), 50% 늘인(빨간색), 다시 돌아온 (파란색) 상태에서의 스트레처블 배터리 충방전 곡선. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-3a7caa61-8999-416e-b609-62c8d18907e5" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(c) 0% ~ 50% 범위의 변형률에서 스트레처블 배터리 방전 용량 변화. (d) 0%에서 50% 변형률의 반복적인 스트레칭/해제에서 용량 변화. (e) 발광 다이오드 전구를 켜는 다양한 변형 상태의 신축성 배터리 사진. 또한, 이 배터리는 기존의 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있어 3.3 V 이상의 구동 전압하에서 판매중인 단단한 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 우수한 에너지 저장 밀도 (~2.8 mWh/cm2)을 보였다. 또한 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성 및 1,000번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리를 개발하였다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-fe94e9af-2d24-4753-9642-1001f5614d14" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 4] 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄했다. 또한, 연구진은 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄하였다. 해당 배터리를 사용하여 입고 벗고 잡아당길 때에도 스마트 워치를 계속 구동할 수 있었다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5293cd06-5ac4-4e82-8f92-f4a71ae858db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 5] (a) 인쇄 가능한 신축성 전극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 패키징, 신축성 직물를 신축성 분리막으로 사용한, 신축성 직물에 인쇄된 신축성 배터리의 개략도. (b) 신축성 옷에 인쇄된 스트레처블 배터리의 주사형 전자현미경 단면 이미지. (c) 변형률에 따른 용량 변화. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-655e1444-d4b2-4f6b-9258-1eef6d8293fd" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(d) 팔꿈치의 다양한 각도 변형에 따른 스트레치 팔토시에 인쇄된 신축성 배터리의 전압 및 전류 변화. (e) 신축성 팔토시 위에 인쇄된 신축성 리튬 이온 배터리와, 이와 연결되어 팔토시의 착용 및 스트레칭 전후에도 지속적으로 작동하는 스마트 시계의 사진 이미지. KIST 손정곤 박사는 “높은 에너지 밀도 및 기계적 변형에 대한 신축 안정성 이외에도, 구조적 자유도와 기존의 리튬 이온 배터리의 소재를 사용할 수 있는 재료적 자유도를 동시에 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 기술을 개발했다.”라며, “이번에 개발한 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)지원으로 KIST 주요사업과 K-lab 프로그램, 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:15.881)에 1월 21일(금)자로 온라인 게재되었다. 1) 집전체 : 활물질에서 전기화학 반응이 일어나도록 전자를 외부에서 전달하거나 또는 활물질에서 전자를 받아 외부로 흘려 보내는 통로 역할을 한다. 2) 바인더 : 바인더는 전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣어주는 고분자 소재로, 전극을 코팅하여 제작하였을 때 전극을 기계적으로 안정화하는 역할을 한다. * (논문명) Intrinsically Stretchable and Printable Lithium-Ion Battery for Free-Form Configuration - (제 1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 (現, 삼성디스플레이) - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원

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늘리고 바르고..형태의 틀을 깬 리튬이온 이차전지 개발

- 신축성과 접착성, 이온 전달까지 잘 되는 늘어나고 변형되는 배터리 구현 - 모든 부품을 늘어나게 만들어 인쇄하여 옷에 바를수도... 웨어러블 기기 응용 가능 <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-74c10938-0cc3-4bd1-a80a-ca0c1ba76d99" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 1] 완전히 신축성 있는 자유형상형 리튬이온배터리의 전극 구조 개략도와 신축성 직물에 인쇄된 팔토시 개략도 국내 연구진이 신체 착용형 기기의 발전에 발맞춰 사용할 수 있도록 말랑말랑하게 변형되고 늘어나는 리튬 배터리를 개발, 옷 표면에 인쇄하여 그 가능성을 시험했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀은 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모두 소재 자체가 신축성을 가지면서도 인쇄가 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 밝혔다. 개발한 리튬 배터리는 높은 용량과 함께 자유로운 형태를 가져 변형이 가능하다. 최근 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기, 그리고 실감 메타버스를 위한 말랑말랑한 착용형 디바이스로의 관심이 폭발적으로 커짐에 따라 배터리도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 하기 어려웠다. 또한, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하는 데다 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5eb54a34-320e-4ede-93be-947c6c2746db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;">[그림 2] 신축성 유기젤(PCOG)/활물질 양/음극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 유기젤 분리막 및 신축성 직물에 인쇄된 완전히 신축성 있는 리튬이온배터리의 조립된 셀의 개략도. 유기젤/활물질 복합 전극은 물리적으로 가교된 결정 영역, 팽창된 비정질 연질 영역 및 활물질을 잘 잡아주는 기능화된 부분을 포함하여 안정적인 신축성과 높은 접착력, 높은 이온전도도를 제공함. 1D 탄소나노튜브와 다중 크기 금속 미세입자 나노복합 집전체는 구조적으로 늘어난 상태에서도 전자 전달 경로를 유지함. <span class="se-fs- se-ff- " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;"> 연구진은 배터리에 신축성을 부여하기 위해 타 연구처럼 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다. 기존의 바인더를 기반으로 말랑말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발하여 적용하였는데, 이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온 전달이 용이하다. 또한, 신축성과 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용하여 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-abfd298c-ca66-4ab4-8a3e-096d77320869" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 3] (a) 제작된 신축성 배터리의 개략도. (b) 늘이기 전(검은색), 50% 늘인(빨간색), 다시 돌아온 (파란색) 상태에서의 스트레처블 배터리 충방전 곡선. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-3a7caa61-8999-416e-b609-62c8d18907e5" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(c) 0% ~ 50% 범위의 변형률에서 스트레처블 배터리 방전 용량 변화. (d) 0%에서 50% 변형률의 반복적인 스트레칭/해제에서 용량 변화. (e) 발광 다이오드 전구를 켜는 다양한 변형 상태의 신축성 배터리 사진. 또한, 이 배터리는 기존의 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있어 3.3 V 이상의 구동 전압하에서 판매중인 단단한 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 우수한 에너지 저장 밀도 (~2.8 mWh/cm2)을 보였다. 또한 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성 및 1,000번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리를 개발하였다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-fe94e9af-2d24-4753-9642-1001f5614d14" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 4] 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄했다. 또한, 연구진은 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄하였다. 해당 배터리를 사용하여 입고 벗고 잡아당길 때에도 스마트 워치를 계속 구동할 수 있었다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5293cd06-5ac4-4e82-8f92-f4a71ae858db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 5] (a) 인쇄 가능한 신축성 전극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 패키징, 신축성 직물를 신축성 분리막으로 사용한, 신축성 직물에 인쇄된 신축성 배터리의 개략도. (b) 신축성 옷에 인쇄된 스트레처블 배터리의 주사형 전자현미경 단면 이미지. (c) 변형률에 따른 용량 변화. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-655e1444-d4b2-4f6b-9258-1eef6d8293fd" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(d) 팔꿈치의 다양한 각도 변형에 따른 스트레치 팔토시에 인쇄된 신축성 배터리의 전압 및 전류 변화. (e) 신축성 팔토시 위에 인쇄된 신축성 리튬 이온 배터리와, 이와 연결되어 팔토시의 착용 및 스트레칭 전후에도 지속적으로 작동하는 스마트 시계의 사진 이미지. KIST 손정곤 박사는 “높은 에너지 밀도 및 기계적 변형에 대한 신축 안정성 이외에도, 구조적 자유도와 기존의 리튬 이온 배터리의 소재를 사용할 수 있는 재료적 자유도를 동시에 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 기술을 개발했다.”라며, “이번에 개발한 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)지원으로 KIST 주요사업과 K-lab 프로그램, 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:15.881)에 1월 21일(금)자로 온라인 게재되었다. 1) 집전체 : 활물질에서 전기화학 반응이 일어나도록 전자를 외부에서 전달하거나 또는 활물질에서 전자를 받아 외부로 흘려 보내는 통로 역할을 한다. 2) 바인더 : 바인더는 전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣어주는 고분자 소재로, 전극을 코팅하여 제작하였을 때 전극을 기계적으로 안정화하는 역할을 한다. * (논문명) Intrinsically Stretchable and Printable Lithium-Ion Battery for Free-Form Configuration - (제 1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 (現, 삼성디스플레이) - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원

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늘리고 바르고..형태의 틀을 깬 리튬이온 이차전지 개발

- 신축성과 접착성, 이온 전달까지 잘 되는 늘어나고 변형되는 배터리 구현 - 모든 부품을 늘어나게 만들어 인쇄하여 옷에 바를수도... 웨어러블 기기 응용 가능 <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-74c10938-0cc3-4bd1-a80a-ca0c1ba76d99" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 1] 완전히 신축성 있는 자유형상형 리튬이온배터리의 전극 구조 개략도와 신축성 직물에 인쇄된 팔토시 개략도 국내 연구진이 신체 착용형 기기의 발전에 발맞춰 사용할 수 있도록 말랑말랑하게 변형되고 늘어나는 리튬 배터리를 개발, 옷 표면에 인쇄하여 그 가능성을 시험했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀은 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모두 소재 자체가 신축성을 가지면서도 인쇄가 가능한 리튬 배터리를 개발했다고 밝혔다. 개발한 리튬 배터리는 높은 용량과 함께 자유로운 형태를 가져 변형이 가능하다. 최근 스마트 밴드와 같은 고성능 웨어러블 기기나 몸속에 삽입하는 페이스메이커와 같은 이식형 전자기기, 그리고 실감 메타버스를 위한 말랑말랑한 착용형 디바이스로의 관심이 폭발적으로 커짐에 따라 배터리도 몸의 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 늘어나는 형태로 만들어질 필요성이 크게 높아지고 있다. 기존의 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 늘어나게 하기 어려웠다. 또한, 전하를 뽑아 전달하는 집전체와 분리막 등 다른 구성 요소들도 늘어나야 하는 데다 액체 형태의 전해질이 새는 문제도 해결해야 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5eb54a34-320e-4ede-93be-947c6c2746db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;">[그림 2] 신축성 유기젤(PCOG)/활물질 양/음극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 유기젤 분리막 및 신축성 직물에 인쇄된 완전히 신축성 있는 리튬이온배터리의 조립된 셀의 개략도. 유기젤/활물질 복합 전극은 물리적으로 가교된 결정 영역, 팽창된 비정질 연질 영역 및 활물질을 잘 잡아주는 기능화된 부분을 포함하여 안정적인 신축성과 높은 접착력, 높은 이온전도도를 제공함. 1D 탄소나노튜브와 다중 크기 금속 미세입자 나노복합 집전체는 구조적으로 늘어난 상태에서도 전자 전달 경로를 유지함. <span class="se-fs- se-ff- " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);="" text-indent:="" 0px;="" white-space:="" pre-wrap;="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 13px; line-height: inherit;"> 연구진은 배터리에 신축성을 부여하기 위해 타 연구처럼 고무와 같은 에너지 저장에 불필요한 소재를 첨가하지 않았다. 기존의 바인더를 기반으로 말랑말랑하고 늘어날 수 있는 유기젤 소재를 새롭게 개발하여 적용하였는데, 이 소재는 전극 활물질을 강하게 잡아주고 이온 전달이 용이하다. 또한, 신축성과 기체 차단성이 모두 뛰어난 소재를 패키징 소재와 전자를 전달하는 집전체 소재로 사용하여 전도성 잉크 형태로 제작, 전해질을 흡수하여 부푸는 일 없이 고전압과 다양한 변형 상태에서도 안정적으로 작동하도록 했다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-abfd298c-ca66-4ab4-8a3e-096d77320869" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 3] (a) 제작된 신축성 배터리의 개략도. (b) 늘이기 전(검은색), 50% 늘인(빨간색), 다시 돌아온 (파란색) 상태에서의 스트레처블 배터리 충방전 곡선. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-3a7caa61-8999-416e-b609-62c8d18907e5" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(c) 0% ~ 50% 범위의 변형률에서 스트레처블 배터리 방전 용량 변화. (d) 0%에서 50% 변형률의 반복적인 스트레칭/해제에서 용량 변화. (e) 발광 다이오드 전구를 켜는 다양한 변형 상태의 신축성 배터리 사진. 또한, 이 배터리는 기존의 리튬이온 배터리 소재를 그대로 쓸 수 있어 3.3 V 이상의 구동 전압하에서 판매중인 단단한 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 우수한 에너지 저장 밀도 (~2.8 mWh/cm2)을 보였다. 또한 배터리를 구성하는 모든 부분이 50% 이상의 높은 신축성 및 1,000번 이상의 반복적인 잡아당김에서도 성능을 유지하는 기계적 안정성을 확보하면서도, 공기 중에서의 장기 안정성까지 확보한 신축성 리튬 이온 배터리를 개발하였다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-fe94e9af-2d24-4753-9642-1001f5614d14" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 4] 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄했다. 또한, 연구진은 제작한 전극 소재와 집전체 소재를 스판덱스 재질의 팔토시의 양면에 직접 인쇄하고 그 위에 신축 패키징을 진행하여, 신축성 고전압 유기계 배터리를 옷 위에 직접 인쇄하였다. 해당 배터리를 사용하여 입고 벗고 잡아당길 때에도 스마트 워치를 계속 구동할 수 있었다. <span class="se-fs- se-ff- " id="SE-5293cd06-5ac4-4e82-8f92-f4a71ae858db" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" white-space:="" pre-wrap;="" margin:="" 0px;="" padding:="" border:="" font-style:="" inherit;="" font-variant:="" font-weight:="" font-stretch:="" font-size:="" 13px;="" line-height:="" vertical-align:="" baseline;="" color:="" rgb(85,="" 85,="" 85);"="">[그림 5] (a) 인쇄 가능한 신축성 전극, 신축성 집전체(SCC), 신축성 패키징, 신축성 직물를 신축성 분리막으로 사용한, 신축성 직물에 인쇄된 신축성 배터리의 개략도. (b) 신축성 옷에 인쇄된 스트레처블 배터리의 주사형 전자현미경 단면 이미지. (c) 변형률에 따른 용량 변화. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align- " id="SE-655e1444-d4b2-4f6b-9258-1eef6d8293fd" \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" white-space:="" pre-wrap;="" text-align:="" center;="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);"="" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.5;">(d) 팔꿈치의 다양한 각도 변형에 따른 스트레치 팔토시에 인쇄된 신축성 배터리의 전압 및 전류 변화. (e) 신축성 팔토시 위에 인쇄된 신축성 리튬 이온 배터리와, 이와 연결되어 팔토시의 착용 및 스트레칭 전후에도 지속적으로 작동하는 스마트 시계의 사진 이미지. KIST 손정곤 박사는 “높은 에너지 밀도 및 기계적 변형에 대한 신축 안정성 이외에도, 구조적 자유도와 기존의 리튬 이온 배터리의 소재를 사용할 수 있는 재료적 자유도를 동시에 확보한 신축성 리튬 이온 배터리 기술을 개발했다.”라며, “이번에 개발한 신축성을 가지는 에너지 저장 시스템은 웨어러블이나 신체 부착형 소자 개발에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 연구의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)지원으로 KIST 주요사업과 K-lab 프로그램, 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구내용은 나노기술 분야 국제적 과학 전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:15.881)에 1월 21일(금)자로 온라인 게재되었다. 1) 집전체 : 활물질에서 전기화학 반응이 일어나도록 전자를 외부에서 전달하거나 또는 활물질에서 전자를 받아 외부로 흘려 보내는 통로 역할을 한다. 2) 바인더 : 바인더는 전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣어주는 고분자 소재로, 전극을 코팅하여 제작하였을 때 전극을 기계적으로 안정화하는 역할을 한다. * (논문명) Intrinsically Stretchable and Printable Lithium-Ion Battery for Free-Form Configuration - (제 1저자) 한국과학기술연구원 홍수영 박사후연구원 (現, 삼성디스플레이) - (교신저자) 한국과학기술연구원 손정곤 책임연구원

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