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연세리서치매거진 2026 Issue 8 표지

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최신호

2026 Issue 8

2026.05.13 발간

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RESEARCH HIGHLIGHTS

연구성과 홍보갤러리

배터리공학과 류원희 교수팀, 차세대 리튬–이산화탄소 전지용 고효율 유·무기 복합 고분자 촉매 개발

배터리공학과 류원희 교수팀, 차세대 리튬–이산화탄소 전지용 고효율 유·무기 복합 고분자 촉매 개발

배터리공학과 류원희 교수팀, 차세대 리튬–이산화탄소 전지용 고효율 유·무기 복합 고분자 촉매 개발 - 비귀금속 구리 단원자 기반 유·무기 복합 고분자 촉매 개발로 리튬–이산화탄소 전지의 효율 및 수명 향상 - 재료과학 분야 국제 학술지 'Advanced Functional Materials' 게재 [사진. 배터리공학과 류원희 교수] 우리 대학교 배터리공학과 류원희 교수 연구팀이 성균관대학교 박호석 교수 연구팀, 한양대학교 김병현 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 비귀금속 구리 단원자 기반 유·무기 복합 고분자 촉매를 개발하고, 리튬–이산화탄소 전지의 충·방전 효율과 수명을 향상시키는 데 성공했다. 이번 연구는 재료과학 분야 국제전문학술지인 'Advanced Functional Materials'에 지난 10월 5일 온라인 게재됐다. 기후변화 대응과 탄소중립 실현을 위해 이산화탄소를 단순히 배출·저감하는 것을 넘어 에너지 자원으로 활용하는 기술의 중요성이 커지고 있다. 특히 이산화탄소를 전지의 반응물로 활용하는 ‘리튬–이산화탄소 전지(Lithium–CO₂ Battery)’는 전기에너지를 저장하면서 이산화탄소를 전기화학적으로 활용할 수 있어 차세대 친환경 에너지저장 기술로 주목받고 있다. 리튬–이산화탄소 전지는 높은 이론적 에너지밀도를 갖는다는 장점이 있지만, 충·방전 과정에서 생성되는 물질이 쉽게 분해되지 않아 높은 에너지 손실과 짧은 수명이라는 기술적 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 백금, 루테늄 등 귀금속 기반 촉매가 활용되고 있으나, 높은 가격과 제한적인 자원으로 인해 경제성과 실용화 측면에서 어려움이 있었다. 연구팀은 구리 원자가 활성점으로 작용하는 고분자 화합물인 프탈로시아닌을 탄소나노튜브 표면에 균일하게 결합시켜 높은 촉매 활성과 구조적 안정성을 동시에 확보했다. 특히 구리 원자가 원자 단위로 분산된 촉매 구조를 통해 이산화탄소의 전기화학적 반응을 촉진하고, 충·방전 과정에서 발생하는 에너지 손실을 효과적으로 줄였다. [그림. 구리 단원자 기반 유·무기 복합 고분자 촉매의 합성 및 리튬–이산화탄소 전지 작동 개념도] 개발된 촉매를 적용한 리튬–이산화탄소 전지는 1.06 V의 낮은 과전압과 최대 120회의 충·방전 성능을 구현해 기존 탄소 기반 전극 및 비교 촉매보다 향상된 성능을 나타냈다. 이는 고가의 귀금속을 사용하지 않고도 높은 촉매 활성과 장기 구동 성능을 확보할 수 있음을 보여주는 결과다. 또한 연구팀은 다양한 전기화학적 분석과 이론 계산을 통해 구리 단원자 활성점이 충·방전 반응에서 생성물의 형성과 분해를 촉진하고, 전지의 반응 가역성을 향상시키는 원리를 규명했다. 이번 연구는 비귀금속 단원자 촉매와 유·무기 복합 고분자 구조를 결합해 촉매의 경제성, 반응 효율 및 안정성을 동시에 개선할 수 있는 새로운 설계 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 특히 고가의 귀금속 사용을 줄이면서도 우수한 성능을 구현할 수 있어 차세대 전지의 소재 비용 절감과 성능 향상에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀이 개발한 촉매 기술은 향후 리튬–이산화탄소 전지뿐 아니라 다양한 금속–공기전지와 이산화탄소 전환 기술에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해 이산화탄소의 활용 가치를 높이고, 친환경 에너지저장 기술의 발전과 탄소중립 실현에 기여할 수 있을 것으로 전망된다. 류원희 교수는 “리튬–이산화탄소 전지는 이산화탄소 활용과 에너지 저장을 동시에 구현할 수 있는 유망한 차세대 전지이지만, 낮은 반응 효율과 제한적인 수명으로 인해 실용화에 어려움이 있었다”며, “이번 공동연구를 통해 개발한 비귀금속 단원자 기반 복합 고분자 촉매 기술을 바탕으로 전지의 효율과 안정성을 더욱 향상시키고, 지속가능한 차세대 에너지저장 기술 개발에 기여하겠다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 ‘미래 혁신 선도형 이차전지 원천기술개발 사업’의 ‘리튬공기전지 초고에너지밀도 원천기술개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다. － 논문 제목: Single-Atom Active Sites in Polymeric Phthalocyanine Hybrid Electrocatalysis for High-Efficiency Lithium–Carbon Dioxide Batteries － 논문 주소: https://doi.org/10.1002/adfm.78821

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전기전자공학과 김현재 교수팀, 빛·온도 동시 감지 유연 이중 모달 트랜지스터 개발

전기전자공학과 김현재 교수팀, 빛·온도 동시 감지 유연 이중 모달 트랜지스터 개발

전기전자공학과 김현재 교수팀, 빛·온도 동시 감지 유연 이중 모달 트랜지스터 개발 - 다중 바이어스 전기 신호와 딥러닝을 결합해 빛과 온도를 독립적으로 복원 [사진 1. (왼쪽부터) 루실린 석박사통합과정생, 김현재 교수] 공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 빛과 온도를 동시에 감지하고 각 자극을 독립적으로 분석할 수 있는 유연 이중 모달 센싱 트랜지스터를 개발했다. 연구팀은 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO) 기반 박막 트랜지스터에 산화아연 나노섬유(ZnO NFs)를 결합하고 딥러닝 기반 신호 분리 기술을 도입해, 하나의 소자에서 빛과 온도에 의한 복합 자극을 정량적으로 복원하는 데 성공했다. 기존 다중 모달 센서는 빛과 온도에 의해 발생하는 전기적 신호가 서로 중첩돼 각각의 자극을 정확하게 구분하기 어렵다는 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 IGZO 박막 트랜지스터 상부에 ZnO 나노섬유를 집적해 빛과 온도에 대한 반응이 게이트 전압에 따라 서로 다른 전류 변화로 나타나도록 설계했다. 특히 하나의 게이트 전압에서 측정한 전류값이 아닌, 여러 게이트 전압 조건에서 얻은 전기적 신호를 활용하고 경량 신경망을 적용해 빛의 세기와 온도를 각각 복원함으로써 복합 자극 간 간섭 문제를 해결했다는 점에서 의미가 있다. [그림. 유연 이중 모달 센싱 트랜지스터의 구조, 딥러닝 기반 광·온도 신호 분리 및 웨어러블 응용] 연구팀은 ZnO 나노섬유와 IGZO 박막 트랜지스터를 결합한 이종구조를 구현했다. ZnO 나노섬유의 결함 준위에 의한 광 여기와 온도 변화에 따른 계면 전위 조절은 게이트 전압 조건에 따라 서로 다른 전류 응답을 형성한다. 연구팀은 이러한 다중 바이어스 전류 패턴을 일종의 ‘전기적 지문(electrical fingerprint)’으로 활용하고, 다층 퍼셉트론(MLP) 신경망을 통해 빛의 세기와 온도를 분리·복원했다. 개발된 소자는 최대 2.69 A/W의 광응답도와 0.071 °C⁻¹의 온도 계수를 나타냈으며, 빛의 세기와 온도 예측에서 각각 0.992와 0.989의 결정계수(R²)를 달성했다. 또한 2mm의 굽힘 반경에서 1만 회 반복 굽힘 시험 후에도 안정적인 동작을 유지해 웨어러블 환경 모니터링 분야에서의 활용 가능성을 확인했다. 김현재 교수팀은 “이번 연구는 하나의 유연 트랜지스터에서 빛과 온도를 함께 감지하고, 딥러닝을 통해 각 자극을 독립적으로 복원했다는 데 의의가 있다”며 “이 기술을 기반으로 향후 웨어러블 환경 모니터링 및 지능형 복합 센싱 시스템으로의 확장을 목표로 후속 연구를 진행할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 나노과학 분야의 권위 있는 국제학술지 'Nano-Micro Letters(IF 38.5, JCR 상위 0.8%)'에 2026년 7월 게재됐다. － 논문 제목: Flexible Dual-Modal Sensing Transistor Enabled by Deep Learning Decoupling for Independent Light and Temperature Reconstruction － 논문 주소: https://doi.org/10.1007/s40820-026-02285-7

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전기전자공학과 김현재 교수팀, 신체 부위별 통증 민감도 차이 구현한 인공 통각 인지 시스템 개발

전기전자공학과 김현재 교수팀, 신체 부위별 통증 민감도 차이 구현한 인공 통각 인지 시스템 개발

전기전자공학과 김현재 교수팀, 신체 부위별 통증 민감도 차이 구현한 인공 통각 인지 시스템 개발 - 손등과 종아리의 통증 역치 차이를 모사한 시냅스 소자 기반 시스템 구현 - 세계적 융합 공학 학술지 'International Journal of Extreme Manufacturing' 게재 [사진. (왼쪽부터) 전기전자공학과 홍석규 석박통합과정생, 김현재 교수] 공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 신체 부위에 따라 통증 민감도가 다른 통각수용기를 모방한 인공 통각 인지 시스템을 개발했다. 기존의 인공 통각 시스템을 모방한 연구들은 신체 전반의 통각 수용 반응을 모방하는 데 집중해 왔으며, 신체 부위에 따라 동일한 자극에도 통증의 인지 정도가 달라지는 특성을 구현하는 데에는 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 차이가 신체 부위별로 활성화되는 통각 섬유의 수가 다르다는 점에서 비롯된다는 데 주목했다. 이에 활성 섬유 수의 차이가 큰 손등과 종아리를 대상으로 실제 인간이 인지하는 통증 크기의 차이를 모방해 신체 부위별 통증 인지 정도를 구분하는 인공 통각 인지 시스템을 개발했다. [그림. 신체 부위별 통증 인지 차이를 모방한 소자의 전기적 특성 및 인공 통각 인지 시스템 개념도] 특히 이번 연구는 산화물 반도체인 인듐-갈륨-징크-옥사이드(IGZO) 채널과 high-k 절연체인 하프늄 산화물(HfOX)로 구성된 동일한 소자 구조에서, 절연막의 자외선 처리 시간만을 조절해 동일한 자극에 대해 서로 다른 세기의 통증을 인지하는 소자를 구현했다는 점에서 의의가 있다. 별도의 소재 변경이나 추가 공정 없이 하나의 처리 방법만으로 부위별 통증 민감도 차이를 구현한 것이다. 연구팀은 이렇게 제작한 소자들과 압력 센서 및 아두이노 마이크로컨트롤러를 결합해 신체 부위별 인공 통각 인지 시스템을 구현했다. 이 시스템은 동일한 압력이 인가되더라도 부위에 따라 서로 다른 통각 반응을 나타냈으며, 압력이 점진적으로 변화하는 동적인 자극 환경에서도 부위별 특성이 유지됨을 확인했다. 김현재 교수 연구팀은 “이번에 개발한 시스템은 신체 부위별 통각수용기를 효과적으로 모방할 수 있다”며 “향후 로봇 공학, 신경 보철, 전자 피부 등 다양한 분야에 응용될 수 있도록 연구를 확대할 계획”이라고 밝혔다. 이번 연구 성과는 세계적 융합 공학 학술지 ‘International Journal of Extreme Manufacturing(IF 25.1, JCR 상위 0.7%)’에 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 국가반도체연구실지원핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. － 논문 제목: Region-Dependent Artificial Pain Perception Based on Synaptic Transistors Mimicking Differential Nociceptor Sensitivity － 논문 주소: https://doi.org/10.1088/2631-7990/aea26f

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