전체기사 최신뉴스 GAM 라씨로
KYD 라이브
KYD 디데이
산업 에너지

KAIST, 물 기반 전지 개발...리튬전지보다 98% '저렴'

기사입력 : 2020년01월08일 09:29

최종수정 : 2020년01월08일 09:29

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = KAIST에서 기존 리튬전지보다 98% 저렴한 전지를 개발했다.

KAIST 생명화학공학과 김희탁 교수와 신소재공학과 김상욱 교수 공동 연구팀은 전기화학 소자의 핵심 부품인 멤브레인을 사용하지 않고도 에너지 효율 80% 이상을 유지하면서 1000번 이상 구동되는 새로운 개념의 물 기반 아연-브롬 전지를 개발했다고 8일 밝혔다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 브롬 활물질을 전극내부에서 폴리브롬화물로 전환해 저장하는 다기능성 전극의 메커니즘의 모식도와 멤브레인을 장착하지 않고구동되는 전지의 실제 모습. [제공=KAIST] 2020.01.08 swiss2pac@newspim.com

이번 연구를 통해 일본, 미국의 수입에 의존해 온 다공성 분리막이나 불소계 이온교환막을 사용하지 않는 기술로, 해당 기술에 대한 대외 의존도를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

이주혁 박사과정과 변예린 박사후연구원이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced materials)'12월 27일자 표지논문에 선정됐다.(논문명: High-Energy Efficiency Membraneless Flowless Zn-Br Battery: Utilizing the Electrochemical-Chemical growth of Polybromides)

최근 태양광, 풍력 등 신재생에너지의 불안정한 전력 공급을 해결하기 위해 전기 에너지를 미리 저장했다가 필요한 시간대에 사용할 수 있는 에너지저장장치(ESS)가 주목받고 있다.

현재는 리튬이온전지가 에너지저장장치용 이차전지로 사용되고 있으나 발화성 유기 전해액 및 리튬계 소재로 인한 발화의 위험성을 지니고 있다. 지난 2017년부터 올해 10월까지 총 21건의 에너지저장장치 화재사고가 발생했으며, 전체 에너지저장장치 시설 1490개 중 35%인 522개의 가동이 중단되기도 했다.

이러한 이유로 물을 전해질로 사용한 비 발화성 물 기반 이차전지 기술이 에너지저장장치용 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 특히 다양한 물 기반 전지 기술 중 아연과 브롬을 활물질로 사용하는 아연-브롬 레독스 흐름 전지는 높은 구동 전압 및 높은 에너지 밀도를 가져 1970년대부터 지속해서 개발돼왔다.

그러나 아연-브롬 레독스 전지는 브롬이 아연과 반응해 전지 수명을 단축시키는 문제로 인해 상용화가 지연됐다. 이러한 반응을 억제하기 위해 펌프를 이용해 브롬이 함유된 전해질을 외부 탱크로 이송해 왔으나, 이는 펌프 구동을 위한 에너지 소모 및 브롬에 의한 외부 배관이 부식되는 문제를 동반한다.

브롬을 포획하는 전해질 첨가제 및 브롬의 이동을 차단할 수 있는 멤브레인에 대한 개발이 진행됐으나, 가격증가 및 출력 저하의 문제점이 발생했다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 김희탁 KAIST 생명화학공학과 교수, 김상욱 KAIST 신소재공학과 교수. [제공=KAIST] 2020.01.08 swiss2pac@newspim.com

김희탁 교수와 김상욱 교수 공동 연구팀은 일본, 미국에 의존하던 값비싼 멤브레인 소재와 어떠한 첨가제도 사용하지 않는 새로운 물 기반 아연-브롬 전지를 개발했다.

전해질 내의 이온과 외부 전기회로 사이의 전자를 주고받는 한정된 역할만 수행하던 전극의 기능에 멤브레인과 첨가제가 담당하던 브롬을 포획할 수 있는 기능을 추가했다.

질소가 삽입된 미세기공 구조를 전극 표면에 도입해 미세기공 내부에서 비극성 브롬을 극성 폴리브롬화물로 전환한 뒤, 질소 도핑 카본과 폴리브롬화물간 쌍극자-쌍극자 상호 작용을 통해 폴리브롬화물을 기공 내부에 고정했다.

이 기술은 멤브레인의 기능을 전극이 담당하므로 고가의 멤브레인이 필요 없으며, 브롬을 외부 탱크가 아닌 전극 내부에 저장함으로써 펌프 및 배관을 제거할 수 있어 가격 저감 및 에너지 효율을 증대했다.

연구팀이 개발한 다기능성 전극을 이용한 멤브레인을 사용하지 않는 물 기반의 아연-브롬 전지는 리튬-이온 전지보다 약 98% 저렴할 뿐 아니라, 에너지 효율 83% 이상을 보이며 1000 사이클 이상 운전이 가능하다.

김상욱 교수는 "차세대 물 기반 전지의 한계를 극복하기 위한 나노소재 기술을 이용한 새로운 해결책을 제시했다"라고 말했다.

김희탁 교수는 "이번 연구를 통해 기존보다 안전하고 경제적인 에너지저장장치의 개발이 가속화되기를 기대한다"라고 말했다.

이번 연구는 KAIST 나노융합연구소, 에너지클라우드 사업단, 과학기술정보통신부 리더연구자지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단의 지원을 받아 수행됐다.

swiss2pac@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
′잠·삼·대·청′ 토지거래허가 해제 [서울=뉴스핌] 이동훈 선임기자 = 강남구 대치동 은마아파트와 선경아파트 그리고 잠실주공5단지를 비롯한 14개 재건축 추진 아파트를 제외하고 잠실·삼성·대치·청담동 4개 동에 대한 토지거래허가구역이 12일 오후부터 해제된다.  시는 이들 14개 재건축 단지에 대해 관리처분계획 인가 이후 등 투기 가능성이 낮다고 판단되면 해제를 추진한다는 계획이다. 또 신속통합기획 재건축‧재개발을 추진하는 123곳 가운데 조합설립을 마친 6곳도 토지거래허가구역에서 해제한다. 시는 신통기획 재건축‧재개발단지 가운데 조합설립인가를 마친 곳은 즉각 지정을 해제한다는 방침이다.  12일 서울시에 따르면 시는 이날 제2차 도시계획위원회를 열고 이같은 내용을 담은 '토지거래허가구역 조정(안)' 을 승인했다. 조정안은 13일 공고 후 즉시 효력을 발휘한다. 현재 서울 시내 토지거래허가구역으로 지정된 곳은 ▲대치동·삼성동·청담동(강남구)과 잠실동(송파구) 등 국제교류복합지구 일대(14.4㎢) ▲압구정동(강남구)·여의도동(영등포구)·목동(양천구)·성수동(성동구) 등 주요 재건축‧재개발 단지(4.58㎢) ▲신속통합기획 및 공공재개발 후보지(7.75㎢) 등 총 65.25㎢ 규모다. 이밖에 ▲모아타운(도로) 11.11㎢ ▲강남·서초 자연녹지지역 26.69㎢ ▲용산정비창(국토교통부 지정) 0.72㎢ 등이 포함된다. [자료=서울시] ◆ 국제교류복합지구 내 재건축 아파트 14곳 제외한 모든 아파트, 신속통합기획 6곳 즉시 해제 먼저 '국제교류복합지구' 인근 송파구 잠실동, 강남구 삼성·대치·청담동 4개동에 위치한 아파트 305곳 중 291곳에 대한 토지거래허가구역 지정을 '즉시' 해제한다. 다만 안전진단이 통과된 재건축 아파트 14곳(1.36㎢)은 재건축 추진 기대에 따른 매수 대기 유입 등 투기 과열 가능성이 있어 지정을 현행과 같이 유지하기로 했다. 신속통합기획 재건축‧재개발 사업지 123곳 중 정비구역 지정 후 조합설립 인가까지 끝낸 6곳에 대해서도 '즉시' 지정을 해제한다. 이번 해제를 시작으로 조합설립 인가 여부에 따라 2027년까지 총 59곳에 지정된 토지거래허가구역을 순차적으로 해제한다는 방침이다. 신통기획 단지 가운데 조합설립 인가를 받는 단지는 이번 6곳을 포함해 올해 말까지 모두 10곳, 2026년 39곳, 2027년 10곳이 될 것으로 시는 예상했다. 시는 조합설립인가 이후를 토허제 해제 검토시점을 잡고 있다. 사업시행자(조합)가 설립됨에 따라 사업 시행을 위한 법적 근거가 마련돼 재건축·재개발 사업이 안정적 단계에 접어들었다고 볼 수 있는 시기이기 때문이란 게 시의 설명이다. 다만 사업이 구체화 된 ▲국제교류복합지구 인근지역 재건축 아파트 14곳 ▲압구정·여의도·목동·성수동 등 주요 재건축·재개발구역 ▲공공재개발 34곳 및 투기과열지구(강남 3구, 용산구) 내 신속통합기획(재건축, 재개발) 14곳 등은 조합설립과 관계없이 '토지거래허가구역' 지정을 현행과 같이 유지한다. 그리고 관리처분계획 인가 이후 등 투기 가능성이 낮다고 판단되면 해제를 추진한다는 계획이다. 관리처분 인가 이후에는 조합원 분양신청이 종료되어 권리관계가 최종 확정되는 시기로 투기 가능성이 높지 않다고 볼 수 있다는 게 시의 설명이다. '토지거래허가제'는 개발(예정)지 및 투기가 우려되는 지역에 투기적 거래를 막기 위한 제도로 일정 규모 이상 주택·상가·토지 등을 거래할 땐 관할 구청장으로부터 사전허가를 받아야 한다. 주택은 2년간 실거주 목적인 매매만 허용하며 임대나 전세를 끼고 집을 매수하는 이른바 '갭투자'는 힘들다. ◆ 서울시, 신통기획 재건축‧재개발 조합설립인가 후 토허제 해제 검토…강남 재건축은 관리처분 이후 [자료=서울시] 이번 토지거래허가제 폐지에 대해 시는 그동안 토지거래허가구역이 광범위하게 지정되거나 이미 개발이 완료된 아파트에 대해서도 매년 재지정을 거듭하다 보니 거주이전 자유나 재산권을 침해한다는 민원이 많았다며 규제완화 이유를 설명했다. 아울러 시가 작년 8월부터 토지거래허가구역 지정 제도의 효과 검증을 위해 실시한 연구 용역 결과 또한 단기적으로는 부동산 거래량이 줄고 가격이 안정화하는 효과가 있으나 시간이 흐르면서 효과가 감소한 것으로 나타났다. 또 지난달 14일 오세훈 시장이 직접 기획한 '규제풀어 민생살리기 대토론회'에서 "재산권 행사를 침해하는 토지거래허가구역 지정 규제를 철폐해 달라"는 시민 의견에 서울시가 신속한 검토를 해제 추진 방향을 답변한 바 있다. 시는 이러한 사회적 요구와 연구 결과 등을 반영해 본격적인 관리방안 마련에 착수, 허가구역 해제 대상, 범위, 시기 등에 대한 면밀한 검토를 펼친 후 발표하기에 이르렀다고 설명했다. 서울시는 이번 토지거래허가구역 해제를 통해 지역단위로 '광범위'하게 지정했던 허가구역을 '핀셋(선별)' 지정으로 전환해 시민들의 재산권을 보호하고, 부동산시장에 활력을 가지고 올 것으로 기대한다고 강조했다. 아울러 해제 기준과 시기 또한 조합원 권리관계가 확정되거나 조합이 구성돼 안정적인 정비사업에 진입한 '조합설립인가'로 확립한 것도 큰 의미가 있다고 덧붙였다. 앞으로 정비구역이 지정되고 조합설립 인가까지 마치면 토지거래허가구역 해제가 가능해져, 그동안 미진했던 많은 재건축, 재개발사업이 탄력을 받을 것으로 전망되고 향후 부동산시장에도 긍정적 영향을 줄 것으로 기대한다는 게 서울시의 이야기다. 조남준 서울시 도시공간본부장은 "과거 부동산시장 안정화와 투기수요 차단을 위해 운영해 온 토지거래허가제도를 부동산 가격 하향 안정화, 거래량 감소 등 경제 상황을 고려해 재건축 이슈가 없는 일부지역에 대해서는 해제하고 신속통합기획 대상지 중 사업추진 상황에 따라 해제시기를 규정해 예측 가능성을 높이는 내용의 규제완화를 단행하게 됐다"며 "앞으로 부동산시장 안정 여부를 지속적으로 모니터링하고 투기 등 부동산시장 투기행위 발생 시엔 재지정을 즉시 추진하는 등 엄정하게 대응해 나갈 것"이라고 말했다. donglee@newspim.com 2025-02-12 15:16
사진
틱톡, 세계 최초 시각 인식 AI 공개 [베이징=뉴스핌] 조용성 특파원 = 틱톡의 모기업인 바이트댄스(중국명 쯔제탸오둥, 字節跳動)는 언어 지시가 아닌 시각을 이해해 동영상을 제작하는 '비디오월드'라는 이름의 AI 솔루션을 공개했다. 바이트댄스 산하 더우바오(豆包) AI 대형 모델 팀은 베이징교통대학, 중국과학기술대학과 공동으로 제작한 비디오월드를 발표했다고 중국 제일재경신문이 11일 전했다. 오픈AI가 공개한 AI 동영상 생성 모델인 소라(Sora)는 텍스트를 입력하면 관련된 동영상을 제작한다. 이에 반해 비디오월드는 텍스트나 음성이 아닌 시각 정보만으로 동영상을 제작한다. 시각 정보로 동영상을 제작하는 AI 솔루션인 비디오월드가 처음이라고 매체는 평가했다. 종이 접기 혹은 넥타이 매기 등의 복잡하거나 세밀한 동작은 언어로 명확히 표현하기 어렵다. 비디오월드는 AI가 인간 혹은 사물의 동작을 시각으로 인식해서 동영상을 제작하는 프로그램이다. 바이트댄스는 "비디오월드는 학술 연구 프로젝트로 현재 새로운 기술 방법을 탐색하는 과정에 있을 뿐이고, 제품화되기까지는 시간이 필요하다"고 설명했다. 바이트댄스는 "비디오월드는 바둑 및 로봇 제어 환경 시뮬레이션에서 우수한 성능을 보였지만, 실제 세계 환경에서는 아직 미비점이 많다"고 소개했다. 비디오월드는 바둑 게임에서 프로 5단 수준의 실력을 달성했으며, 다양한 환경에서 로봇 작업을 수행했다는 것이 회사의 설명이다. 또한 바이트댄스는 "수많은 문제를 해결해 비디오월드를 현실 세계의 범용 지식 학습기로 발전시키는 것을 목표로 하고 있다"고 설명했다. 더우바오는 바이트댄스가 2023년 8월 발표한 AI 챗봇이다. 현재 중국 내에서 딥시크에 이어 사용자 수 2위에 올라 있는 AI 대형 모델이다. 더우바오팀은 바이트댄스 내부에 2023년 만들어졌다. 더우바오팀은 최첨단 AI 대형 모델 기술 개발을 전담하고 있다. 연구 방향은 딥러닝, 강화 학습, 대규모 언어 모델(LLM), AI 음성 인식, AI 시각 인식, AI 인프라, AI 보안 등이다. 바이트댄스가 공개한 비디오월드 시연 화면 [사진=제일재경신문 캡처] ys1744@newspim.com 2025-02-11 11:30
안다쇼핑
Top으로 이동