KOSEN 한인과학기술자네트워크

우리 연구실은 결정결함화학을 기반으로 결정 격자 내 여러가지 결함을 이해하여 세라믹 소재를 설계할 뿐 아니라 전기화학 분석 및 가스 분석 기술 등을 통해 소재의 전기적·화학적 특성을 분석합니다. 이러한 결과를 바탕으로 에너지 장치에 적용되는 소재의 성능 최적화 조건을 도출하는 종합적인 연구를 수행합니다.

세라믹 산소분리막 (Oxygen Transport Membrane, OTM)기술은 고온에서 산화물 양단에 산소분압차이를 형성하였을 때, 산화물을 통해 공기 중으로부터 산소만 선택적으로 분리되는 원리를 이용하여 석탄 가스화 복합발전 및 순산소 연소에 필요한 고순도의 산소를 저비용으로 제조하는 기술입니다. 종래의 극저온 냉각 증류법 보다 산소 제조 비용을 ~35% 수준으로 낮출 수 있는 유망한 기술로써 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있습니다. 우리 연구실은 산소분리막 소재 설계부터 제조 그리고 성능 평가에 이르기까지 모든 공정을 수행하여 산소분리막의 성능 최적화를 위한 연구를 하고 있습니다. 또한, 이산화탄소 자원화 및 메탄의 고부가가치화 연구에 산소 분리막 기술을 적용한 융합 연구도 진행하고 있습니다.

고체산화물 연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)는 연료의 화학에너지를 직접 전기 에너지로 전환하는 장치입니다. 수소 또는 탄화수소를 자유롭게 연료로 사용할 수 있고 에너지 변환 효율이 높은 기술로써, 대기오염을 억제할 수 있는 유력한 미래 동력원 중 하나로 주목받고 있습니다. SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 공기극 (cathode) 및 연료극 (anode)으로 이루어져있습니다. 각 전극에 공기와 연료를 공급하면, 공기극에서는 산소의 환원 반응이 일어나 산소 이온이 생성됩니다. 생성된 산소 이온은 전해질을 통해 연료극으로 이동하며, 연료극에 공급되는 수소와 반응하며 물을 생성하면서 전자를 내놓게 됩니다. 이때 연료극과 공기극을 전기적으로 연결시켜주는 외부 회로를 형성하면 전자가 연료극에서 공기극으로 흐르면서 유용한 전력을 생산할 수 있습니다. 저희 연구실에서는 결정 결함 화학 관점에서 새로운 전극/전해질 소재를 탐색하며, 또한 전기 화학 분석을 통해 열화 메커니즘을 연구하고 있습니다.

리튬이차전지를 대체할 차세대 상온형 Na-S 2차전지는 높은 이온 에너지 밀도에도 불구하고 아직까지 낮은 방전용량, 낮은 에너지밀도, 짧은 사이클수명의 문제점을 가지고 있습니다. 이중 방전과정에서 생성된 (나트륨)폴리설파이드의 전해질 용출 및 음극으로의 이동은 가장 큰 문제 중 하나입니다. 이를 해결하기 위해서 폴리설파이드의 이동을 막기 위한 Na 이온 전도성 고체 전해질 소재 개발에 대한 연구를 진행하고 있습니다.

알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 등 세라믹 소재는 대표적인 생체 불활성 세라믹으로 우수한 인체친화성, 내화학성, 내열성을 갖고 있습니다. 생체 내 안정적인 세라믹 소재 및 성형성이 좋은 고분자 소재를 혼합하여 생체 안정적이며 기계적 강도를 향상하는 세라믹-고분자 복합재료 연구를 진행 중입니다. 또한 세라믹 소재의 결정결함화학 특성을 조절하여 전기 화학기반 소재 특성 분석과 세라믹 소재의 항균 활성 및 항균 메커니즘 분석을 통한 바이오 융합 연구를 진행하고 있습니다.