‘글로컬랩’ 부산대, 독일 프라운호퍼와 글로벌 공동연구 확대글로컬랩 사업 통해 배터리·자원순환 분야 유럽 연구 네트워크 본격 구축부산대학교(총장 최재원)가 교육부 글로컬랩(Glocal Lab) 사업을 기반으로 독일 프라운호퍼(Fraunhofer) 연구소를 비롯한 유럽 주요 연구기관과의 글로벌 공동연구 체계를 본격 확대하고 있다.부산대는 글로컬랩 사업을 수행 중인 나노에너지공학과 김수형 교수 연구팀이 지난 1월 26일부터 2월 2일까지 독일 프랑크푸르트, 하노버, 드레스덴, 고슬라 일대를 방문해 프라운호퍼 연구소 및 현지 대학·연구기관과 연구 교류를 진행했다고 12일 전했다.글로컬랩 사업은 대학 부설 연구소를 지역 기초연구와 산업 연계의 핵심 거점으로 육성하는 교육부 사업으로, 부산대는 지난해 '이차전지 전주기 순환자원화 융합연구' 과제로 선정돼 9년간 총 135억원을 지원받고 있다.이번 방문에서 김수형 교수 연구팀은 프라운호퍼 산하 IWKS(자원전략·재활용연구소)와 IKTS(세라믹응용기술연구소), 클라우스탈 공과대학교(Clausthal University of Technology), 재독한국과학기술자협회 등과 잇달아 연구 미팅을 갖고 국제 공동연구 기반을 다졌다.연구팀은 프라운호퍼 IWKS·IKTS와 사용후 에너지저장 소재, 배터리 재활용, 자원 순환, 안전성 평가 분야의 연구 동향과 실험 인프라를 공유했으며, 향후 공동연구소 설립과 국제 공동과제 추진 가능성에 대해 심도 있게 논의했다.또 클라우스탈 공과대학교 백민규 교수 연구팀을 방문해 독일 대학의 연구 수행 체계와 산학협력 구조를 살펴보고, 공동연구 시 적용 가능한 연구 방법과 실험 환경에 대한 이해를 넓혔다.특히 한국-프라운호퍼 과학기술협력 허브(K-FAST)와 재독한국과학기술자협회와의 교류를 통해 한·독 연구자 네트워크를 강화하고, 호라이즌 유럽(Horizon Europe), 글로벌산업기술협력센터(GITCC) 등 유럽 연계 국제 공동과제 기획 방안도 함께 모색했다.김수형 부산대 교수는 "이번 독일 방문은 프라운호퍼를 중심으로 유럽 연구기관과의 중장기 협력 기반을 구축하는 중요한 계기"라며 "글로컬랩 사업을 통해 글로벌 공동연구와 인력 교류, 국제 과제 유치로 이어질 수 있도록 협력을 지속해 나가겠다"고 말했다.부산대 글로컬랩 연구팀은 앞으로도 프라운호퍼를 비롯한 유럽 주요 연구기관과의 협력을 확대해 첨단 소재·에너지·배터리 분야에서 글로벌 연구 경쟁력 강화에 박차를 가할 계획이다.프라운호퍼 방문단이 부산대를 방문하고 기념촬영하고 있다.

SiC 전력소자 공정 최적화 본격화RISE 산학협력 기반 지역 산업 강화▲ 부산대-아이큐랩 기술이전식. 사진ㅣ부산대학교 인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교는 전력반도체 앵커기업인 아이큐랩에 SiC 전력소자 공정 최적화를 위한 물성분석 기술 2건을 기술이전했다고 30일 밝혔습니다. 이번 기술이전은 부산대학교 산학협력단이 지난 29일 오전 부산시 기장군에 위치한 아이큐랩 본사에서 체결한 협약을 통해 이뤄졌으며, 지역 반도체 산업의 산학협력과 전문인력 양성 기반을 강화하기 위한 취지에서 추진됐습니다. 협약식에는 강정은 부산대학교 산학협력단장과 이해준 나노반도체공정·장비계약학과 사업단장, 서지연 부단장을 비롯해 김권제 아이큐랩 대표와 정호형 제조본부 상무 등 양 기관 주요 관계자가 참석했습니다. 이번 기술이전은 부산대학교 RISE 사업단이 추진 중인 산학공동기술개발과제의 일환으로 수행됐으며, 유기소재시스템공학과 김효정 교수와 첨단융합학부 서지연 교수가 참여해 SiC 전력소자 공정 최적화를 위한 물성분석 기술 노하우 2건을 개발했습니다. 해당 기술은 SiC 전력반도체 제조 과정에서 공정 조건을 변화시키며 소자 표면과 계면, 박막 상태를 정밀 분석해 성능과 수율을 극대화할 수 있는 최적 공정을 도출하는 데 활용됩니다. 김권제 아이큐랩 대표는 “부산대 인근에 운영 중인 지사를 기반으로 대학의 우수한 연구진과 협업을 강화하고, 첨단 물성분석 인프라를 활용한 연구개발과 전문인력 양성에 힘쓰겠다”고 말했습니다. 강정은 부산대학교 산학협력단장은 “이번 기술이전은 지역을 대표하는 반도체 기업과의 협력 사례로, 향후 첨단산업 분야 전반으로 산학협력이 확대되는 계기가 될 것”이라고 밝혔습니다. 이해준 사업단장은 “아이큐랩과 같이 부가가치가 높은 제조기업에 대해서는 국가와 지자체 차원의 지속적인 지원이 필요하다”며 “대학과의 장기적인 연구협력을 통해 산업 경쟁력을 높일 수 있다”고 말했습니다. 이번 기술 개발은 부산대학교 나노반도체공정·장비계약학과 창의융합센터에 구축된 대면적 IR-AFM 자동화 시스템과 대학이 보유한 인적·물적 물성분석 인프라를 적극 활용한 사례로 평가받고 있습니다. 부산대학교는 이번 산학공동기술개발과제를 통해 부산 지역 반도체 기업의 성장동력을 확보하고, 정주형 전문인력 양성을 위한 기반을 지속적으로 강화해 나갈 계획입니다.

‘친환경 공정·대면적 스케일업 기반 마련’한국전력연구원, 마이클 그라첼 교수 공동연구페로브스카이트 태양전지 상용화 난제 동시 해결부산대 서지연·김효정 교수팀 연구진.유독성 용매를 쓰지 않으면서도 15cm×15cm 크기의 대면적 기판에 결함 없는 균일 박막을 코팅하는 기술이 개발돼, 페로브스카이트 태양전지 상용화의 난제로 꼽혀 온 ‘공정 친환경성’과 ‘확장성(스케일업)’ 문제가 동시에 해소될 전망이다.부산대학교(총장 최재원) 첨단융합학부 서지연 교수와 유기소재시스템공학과 김효정 교수 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 대면적 제조 공정에서 필수로 사용돼 온 유독성 ‘항용매(Anti-solvent)’를 완전히 제거하면서도 고품질 박막을 구현할 수 있는 ‘시드 프라이밍 진공 결정화(S-VAC)’ 공정 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.연구의 핵심 성과(고효율 대면적 모듈)를 증명하는 데이터 모음.S-VAC(Seed-primed Vacuum-Assisted Crystallization)는 연구팀이 개발한 기술로, 용액 안에 미리 결정의 씨앗(Seed)을 형성시킨 뒤 진공 장비를 이용해 이를 수직으로 성장시켜 박막을 만드는 공정이다.특히 이번 성과는 부산대·한국전력연구원 등 국내 연구팀과 태양전지 분야의 세계적 석학인 스위스 로잔연방공과대학(EPFL) 마이클 그라첼(Michael Gr?tzel) 교수의 국제 공동연구로 수행돼, 기술의 신뢰도와 재현성을 높이는 동시에 향후 실증·사업화 및 글로벌 확산 가능성까지 끌어올릴 전망이다.앞서, 지난 4일 마이클 그라첼 교수는 부산대가 올해 개교 80주년을 기념해 마련한 해외석학 초청특강에 초청돼, 분자 태양전지와 페로브스카이트 태양전지 기술의 과학적 진전 및 산업적 가능성을 국내 연구진과 공유하기도 했다. 부산대는 마이클 그라첼 교수와의 지속적인 후속 연구를 통해 차세대 에너지 전환 연구 지평의 확대와 글로벌 협력 네트워크가 강화될 것으로 기대하고 있다.페로브스카이트 태양전지는 소면적(단위 셀)에서는 높은 효율을 보이지만, 면적이 커질수록 코팅 불균일과 결함 증가로 효율이 급격히 떨어지는 문제가 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다. 기존 스핀코팅 기반 공정은 빠른 결정화를 유도하기 위해 클로로벤젠 등 유해 물질을 포함하는 항용매를 사용해야 했고, 이는 환경 규제와 작업자 안전 문제는 물론 대면적 공정에서의 균일도 확보를 어렵게 만들었다.연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 전구체 용액에 올레일아민(Oleylamine)을 첨가해 용액 내부에 나노 크기의 ‘광활성 시드(Seed)’를 균일하게 미리 형성한 뒤, 진공 공정으로 용매 거동을 제어하며 시드를 수직 방향으로 성장시키는 방식으로 치밀하고 균일한 박막을 구현했다. 이로써 항용매를 전혀 사용하지 않는(Anti-solvent-free) 공정임에도 대면적 박막 품질을 확보할 수 있었다.실증 결과, 연구팀은 15cm×15cm 크기의 대면적 기판에서도 용액공정으로 결함 없이 균일한 페로브스카이트 박막을 제조했으며, 이를 적용한 미니 모듈은 19.1%의 광전변환 효율을 달성했다. 또한 1년 이상의 실외 구동 테스트에서도 초기 효율의 94% 이상을 유지해 장기 안정성까지 입증했다.이번 연구에는 부산대 첨단융합학부 서지연 교수와 유기소재시스템공학과 김효정 교수, 스위스 로잔연방공대 마이클 그라첼 교수, 한국전력연구원 김도형 수석연구원이 교신저자로 참여했으며, 부산대 나노융합기술학과 김선주 박사과정생과 권동건 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 수행했다.서지연 부산대 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 태양전지 상용화의 최대 걸림돌이었던 ‘대면적 균일 코팅’ 과 ‘공정의 유독성’ 문제를 동시에 해결한 획기적인 성과”라며 “향후 친환경적이고 효율적인 대량 생산 공정 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 1월호에 게재됐다.논문 제목:Uniform Monolithic Perovskite Films for Scalable Modules: Anti­Solvent­Free Crystallization via Seed Priming and Vacuum Processing[대면적 모듈을 위한 균일 페로브스카이트 박막: 시드 프라이밍 및 진공 공정을 통한 무(無) 항용매 결정화 기술]

이차전지 혁신융합대학 사업단(단장 조채용·나노에너지공학과 교수) 소속 학생들이 11월 27일 부산 BEXCO 제1전시장에서 열린 ‘2025년 이차전지 설계 및 제작 경진대회’에서 교육부 장관상과 한국연구재단 이사장상을 수상하며 실무 중심 교육과 산업 연계 프로젝트 교육의 성과를 인정받았다.이번 대회는 학생들이 직접 설계·제작한 배터리를 휴머노이드 로봇에 장착하고 지속시간을 기준으로 성능을 평가하는 방식으로 진행됐다. 본선과 결선 두 차례 평가를 거쳐 평균 지속시간, 합계 지속시간, 최대 지속시간 등 정량 지표를 종합해 수상팀을 선정했다.부산대는 ‘Happy metal’팀(나노에너지공학과 정주호·조성현)이 교육부 장관상을, ‘셀러리맨’팀(나노에너지공학과 시민재·류현우·이정민)이 한국연구재단 이사장상을 수상했다.* 사진: 부산대 수상팀(왼쪽 첫 번째 조채용 단장).

그린 수소 생산, 가격 장벽 낮추다부산대, 차세대 산소 발생 전극 개발 성공- 나노에너지공학과 박유세 교수팀, 고성능 산소 기체 확산 전극 구현해 수전해 비용 대폭 절감- 음이온 교환막 수전해 시스템에 직접 적용…경제성·효율성 동시 달성, 상용화 가능성 기대□ 부산대학교 연구팀이 값싼 비귀금속 소재로 산소가 잘 확산하는 전극을 개발해, 차세대 친환경 수소 생산 기술인 음이온 교환막(AEM) 수전해*의 비용을 크게 낮추는 데 성공했다. * 수전해: 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 기술.□ 부산대학교(총장 최재원)는 나노에너지공학과 박유세 교수 연구팀이 가격이 저렴한 비귀금속 소재를 활용해 산소 기체 확산이 용이한 전극 개발에 성공해, 차세대 수전해 기술인 음이온 교환막(AEM, Anion Exchange Membrane) 수전해 스택*의 원가를 낮추고 그린 수소 생산 비용을 획기적으로 절감해 AEM 수전해 기술의 상용화 가능성을 크게 높였다고 14일 밝혔다. * 스택(stack): 전극과 분리막이 포함된 ‘셀’을 여러 개 층층이 쌓아 연결한 장치로, 물을 수소와 산소로 분해하는 수전해 반응이 동시에 여러 셀에서 일어나도록 해 수소 생산량을 늘리는 핵심 장치.□ 수소 사회로의 전환이 본격화되면서, 이산화탄소 배출 없이 수소를 생산할 수 있는 수전해 기술에 대한 관심이 급격히 증가하고 있다. 이 가운데, AEM 수전해 기술은 고가의 귀금속(Pt·백금, Ir·이리듐 등) 대신 저렴한 비귀금속(Fe·철, Ni·니켈 등)을 전극 소재로 사용할 수 있어, 경제성이 뛰어난 차세대 수전해 방식으로 주목받고 있다. 그러나 핵심 부품인 산소 발생 전극의 낮은 성능과 복잡한 제조 공정 문제로 기술 상용화에는 여전히 제약이 존재해 왔다. □ 연구팀은 AEM 수전해 시스템 맞춤형 고성능 산소 기체 확산 전극을 개발함으로써, 기존 기술의 한계를 극복하고 AEM 수전해 기술의 실용화를 앞당겼다. ○ 연구팀은 기체 확산이 용이한 다공성 전극 기판 위에 전기화학 공정과 표면 치환 반응을 통해 코발트-몰리브덴 층상 이중 수산화물 촉매층을 코팅한 산소 발생 전극을 개발했다. 이 전극은 산소 기체의 원활한 확산을 가능하게 해 기체가 격렬히 발생하는 고전류밀도 조건에서도 물질 전달에 의한 전압 손실을 획기적으로 낮춰 고효율 AEM 수전해 구현했다. ○ 또한, 알칼리성 환경에서 몰리브덴의 동적 변화가 산소 발생 반응에 높은 활성을 가진 코발트 옥시수산화물로의 전이를 촉진해, 낮은 전류 밀도 조건에서도 전압 손실을 크게 줄이고 AEM 수전해 효율 개선에 중요한 역할을 한다는 점을 실시간 전기화학 및 라만 분석을 활용해 규명했다. □ 박유세 교수는 “산소 기체 확산 전극 개발로 AEM 수전해 효율이 획기적으로 개선되고, AEM 수전해 기술의 상용화 가능성도 한층 높아졌다”며 “앞으로 실증 기반의 후속 연구를 수행할 계획”이라고 말했다. ○ 이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노 및 소재기술개발사업과 H2GATHER 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 부산대 박유세 교수와 국립창원대 이승화 교수, 국립한밭대 신기현 교수, 한국재료연구원 이주영 박사가 공동 교신저자, 충북대 신소재공학과 이성준 석사과정생이 제1저자로 수행했다. ○ 해당 성과는 다학제 분야 세계적 권위의 학술지인 『어드밴스드 사이언스(Advanced Science)』 온라인 8월 4일자에 게재됐다. - 논문 제목: Sacrificial Template-Derived CoMo-LDH Gas Diffusion Electrode for Anion Exchange Membrane Water Electrolysis (음이온 교환막 수전해 맞춤형 희생형 템플릿 기반 CoMo-LDH 가스 확산 전극 개발) - 논문 링크: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202508370 - 기사 링크: 부산대, 차세대 산소 발생 전극 개발…경제성·효율성 동시 달성

나노에너지공학과 오진우 교수 연구팀이 수질 오염을 일으키는 질산성질소를 전처리 과정 없이 현장에서 검출할 수 있는 기술을 개발했다. ‘질산성질소(NO₃-N)’는 부영양화(富營養化, 수역에 질소·인 등 영양염류가 과도하게 공급돼 플랑크톤 같은 조류나 수생식물이 과도하게 번성하는 현상)의 주요 원인 중 하나이며, 농도가 증가할수록 질소 순환의 불균형을 초래하고, 생태계를 교란하는 문제가 발생한다. 이로 인해 양식 어류에서 성장 속도 저하가 나타나 대규모 폐사를 유발할 수 있다. 유아의 인체에 유입될 경우 청색증과 같은 위험을 초래하기도 한다. 질산성질소를 모니터링하기 위해 다양한 기술이 개발됐지만, 질산성질소 자체가 열역학적인 면에서는 안정된 상태이기 때문에 일반적인 화학적 방법으로 검출하기 어려워 전처리 과정이 필수적이다. 또한 다양한 미네랄의 간섭으로 측정 정확도가 저하될 가능성이 크고 기존 측정방법으로는 시간이 오래 걸려 실시간으로 정량적 분석을 할 수 있는 기술이 부족해 새로운 센서 기술의 필요성이 대두돼 왔다.이번 연구에서는 전이금속 기반 비색(比色) 센서*를 활용해 질산성질소 농도를 실시간으로 측정할 수 있는 센서를 개발했다. 기존 방법과 달리 화학적 분석법에 의존해 분석하는 것이 아닌 색 변화를 이용해 질산성질소 농도를 측정할 수 있어 높은 실용성을 갖는다. * 비색(比色) 센서: 특정 물질과 화학 반응을 일으켜 색이 변하는 원리를 이용한 센서.이를 위해 4주기 전이금속*(Mn, V, Fe, Co, Cr, Cu, Ni)과 용매 및 첨가제를 특정 비율로 혼합해 센서의 색 변화를 시간에 따라 측정하고, 색 변화가 질산성질소의 농도에 선형적으로 증가하는 센서를 선정해 조합을 구성했다. 그리고 센서 성능 검증을 위해 색 변화 데이터를 기반으로 계층적 군집 분석과 조성 분석을 실시해 센서의 능력을 평가했다. 단순 센서의 색 변화만이 아니라 시간에 따른 색 변화 데이터를 사용한다는 점이 다른 비색 센서와의 차별점이다.* 4주기 전이금속: 주기율표에서 4주기에 속하는 전이금속 원소군(21번~30번)으로, Sc(스칸듐), Ti(티타늄), V(바나듐), Cr(크로뮴), Mn(망간), Fe(철), Co 코발트), Ni(니켈), Cu(구리), Zn(아연)이 있다. 이들은 여러 산화 상태를 가질 수 있어 색이 변하는 성질이 있으며, 촉매 작용, 산화·환원 반응에서 중요한 역할을 한다. 착화합물 형성 능력이 뛰어나 화학 센서, 촉매, 생체 금속 단백질 등에도 활용된다. 【전이금속 기반 비색 센서의 필요성 및 수질 분석 플랫폼 구축】연구팀은 또한 색 변화 패턴의 대규모 데이터를 구축해 질산성질소뿐만 아니라 해수 및 지하수 내 주요 오염물질을 감지할 수 있는 확장 가능한 선택적 센서 시스템을 개발했다. 머신러닝 기반 패턴 분석을 적용하면 다양한 오염물질을 동시에 분석할 수 있는 차세대 필드 진단 기술로 발전할 가능성이 존재한다.오진우 교수는 “이번 연구는 전이금속 기반 비색 센서 어레이를 활용해 질산성질소를 정밀하게 검출할 수 있는 시스템을 개발한 것으로, 기존 화학 분석법의 복잡한 전처리 과정 없이도 해수 및 지하수 내 질산성질소를 신속하게 감지할 수 있어 향후 수질 모니터링 및 환경 오염 감지 기술로 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.전이금속 기반의 비색 센서 어레이를 이용해 전처리 없이 질산성질소를 효과적으로 검출하는 기술을 개발한 이번 논문은 국제학술지 『ACS sensors』 2월 2일자에 게재됐다.- 논문 제목: Point-of-Care-Testing NO3-N Detection Technology with Selected Transition-Metal-Based Colorimetric Sensor Arrays(전이금속 기반 비색 센서 어레이를 이용한 현장 진단용 질산성질소 검출 기술)- DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c02771이번 연구는 나노에너지공학과 오진우 교수와 나노바이오융합연구소 정태영 박사가 교신저자, 나노융합기술학과 이정근 박사과정생이 제1저자로 수행했으며, 해양수산부 재원의 한국해양과학기술진흥원(KIMST) 지원 및 2024년도 과학기술정보통신부 재원의 한국연구재단 IRC(Innovation Research Center) 과제 연구비 지원을 받아 부산대, 젠라이프, 피쉬케어, 블루젠이 협력해 이뤄졌다.* 상단 사진: 왼쪽부터 정태영 박사, 이정근 박사과정생, 오진우 교수.[Abstract]Nitrate-nitrogen (NO₃-N) is a significant contaminant in groundwater and seawater, primarily due to the oxidation of ammonia through nitrification. This process disrupts the nitrogen cycle, leading to environmental pollution and posing risks to marine aquaculture and human health. Excessive NO₃-N concentrations can cause severe health effects, such as methemoglobinemia in infants and the formation of carcinogenic N-nitrosamines. In aquatic ecosystems, elevated NO₃-N levels contribute to algal blooms, oxygen depletion, and the decline of marine life, while in aquaculture, they reduce fish growth and immunity, leading to increased mortality.Traditional NO₃-N detection methods, including ion chromatography and continuous flow analysis, require pretreatment and are time-consuming. Many existing techniques suffer from measurement uncertainties due to interference from complex chemical substances in seawater. Moreover, field-deployable NO₃-N sensors with high sensitivity and selectivity remain scarce. In this study, we developed a transition-metal-based colorimetric sensor capable of detecting NO₃-N on-site without pretreatment. By mixing transition metals (Mn, V, Fe, Co, Cr, Cu, Ni) with solvents and additives, we analyzed the color changes induced by NO₃-N at concentrations ranging from 1 to 100 ppm.We selected sensors that exhibited a linear increase in color velocity with increasing NO₃-N concentrations and designed an array sensor using these optimal candidates. The performance of the array was validated through hierarchical cluster analysis (HCA) and compositional analysis, confirming its ability to detect NO₃-N in complex matrices. The sensor array's effectiveness was further demonstrated by analyzing seawater samples with varying NO₃-N concentrations, where HCA classification results based on color distance measurements corresponded closely with results obtained from conventional seawater testing methods. Additional HCA classification, incorporating pH, phosphate-phosphorus, total dissolved phosphorus, and chloride ion data, revealed differing clustering patterns, emphasizing the specificity of our sensor for NO₃-N detection. Furthermore, experiments conducted with varying NaCl concentrations confirmed that clustering was primarily driven by NO₃-N levels rather than mineral content. These findings validate that our transition-metal-based colorimetric array sensor can selectively detect NO₃-N in complex seawater matrices, offering a promising approach for rapid, on-site environmental monitoring and multi-target sensing applications.- Authors (Pusan National University) · First author: Jung-Geun Lee (Institute of Nanobio Convergence) · Corresponding authors: Tae-Young Jeong (Institute of Nanobio Convergence), Jin-Woo Oh (Department of Nano Fusion Technology)- Title of original paper: Point-of-Care-Testing NO₃-N Detection Technology with Selected Transition-Metal-Based Colorimetric Sensor Arrays- Journal: ACS sensors- DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c02771

반도체에 쓰이는 탄소나노튜브로 햇빛만 쬐어도 99.8% 바이러스가 제거되고, 1만 번 이상 접었다 펴도 사용 가능한 친환경 마스크가 개발돼 의료 및 산업 분야에 혁신적인 방역 솔루션을 제공할 것으로 기대된다.해당 마스크는 기존 일회용 마스크의 환경오염 문제를 해결할 뿐만 아니라 재사용이 가능하고, 호흡 센서나 습기 감지와 같은 스마트 기능까지 탑재할 수 있어 경제성과 지속가능성, 제품화 가능성을 동시에 갖춘 차세대 기술로 평가받고 있다.나노에너지공학과 이형우 교수 연구팀이 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정*으로 이번에 제작한 탄소나노튜브(CNT) 기반의 재사용 가능한 친환경 마스크에 대한 설명이다.* 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정: 연속적으로 회전하는 롤 표면에 소재를 코팅하거나 전사해 대면적으로 생산할 수 있는 공정 기술로, 생산성이 높고 대량 제조에 적합해 필름, 센서, 마스크 필터 등 다양한 분야에 활용된다.코로나19 팬데믹을 계기로 마스크 착용이 일상화됐지만, 기존 일회용 마스크는 플라스틱 폐기물과 같은 환경문제와 1회 사용 이후 바이러스를 차단하는 성능이 현저하게 저하된다는 한계가 있었다. 이에 따라 재사용이 가능하며 성능을 유지할 수 있는 고효율 마스크 필터 개발이 요구돼 왔다.연구팀이 개발한 신형 마스크는 건식 방사가 가능한 탄소나노튜브를 합성, 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정 적용이 가능해 대면적 생산이 가능하고 접착제를 사용하지 않고도 탄소나노튜브와 폴리프로필렌 섬유를 결합할 수 있어 기존 제조 방식 대비 높은 산업적 활용성을 갖췄다.【탄소나노튜브 마스크 제작 공정 모식도】기존 일회용 마스크의 환경문제와 기능적 한계를 극복하기 위해 개발된 이 마스크는 초소수성(超疏水性)을 갖는 탄소나노튜브(접촉각* 175.53도)를 마스크에 적용해 탄소나노튜브가 갖는 우수한 특성을 그대로 사용할 수 있도록 제작됐다. * 접촉각: 고체 표면 위에 놓인 액체 방울이 이루는 고체-액체-기체 경계면의 각도로, 표면의 젖음성을 나타내는 지표다. 일반적으로 접촉각이 클수록 소수성, 작을수록 친수성을 의미하며, 150도 이상이면 초소수성으로 분류된다.연구팀이 개발한 마스크는 수직 배열 탄소나노튜브의 정렬 구조를 통해 뛰어난 통기성을 가져 마스크 내부의 습기 관리가 가능하다. 뿐만 아니라 탄소나노튜브가 갖는 특성에 의해 태양광 또는 전기적 가열(Joule heating*)을 통한 바이러스 비활성화 효과(99.8% 바이러스 제거)도 확인했다.* 전기적 가열(Joule heating): 전류가 도체를 통과할 때 발생하는 저항에 의해 열이 생성되는 현상으로, ‘저항 가열’이라고도 불린다. 외부 열원이 없이도 전기만으로 물체를 가열할 수 있어, 발열 소재나 자가 소독 시스템에 널리 활용된다.【탄소나노튜브 마스크 특성 그래프】또한, 마스크 착용 후 호흡 시 탄소나노튜브의 저항 변화를 통해 스마트 기능(호흡 센서, 습기 감지 기능) 제공이 가능하며, 1만 회 이상의 굽힘 시험 후에도 특성이 변하지 않는 높은 내구성을 갖추고 있어 기존 마스크의 단점을 보완해 차세대 의료 및 산업용 방역 마스크로의 적용 가능성이 기대된다.이형우 나노에너지공학과 교수는 “이번 연구를 통해 환경친화적이고 재사용이 가능한 고성능 마스크를 개발했으며, 향후 실용화를 위한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.이번 연구는 부산대·성균관대·고려대 공동연구로, 나노에너지공학과 이형우 교수가 교신저자, 에너지융합기술연구소 우채영 박사후 연구원이 제1저자로 수행했다. 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 지원(중견연구, 글로벌 선도연구센터)과 정보통신기획평가원의 정보통신연구센터 과제 지원을 받았다.해당 논문은 국제 학술지 『SusMat』에 3월 10일자로 게재됐다. - 논문 제목: Advanced Facial Mask Using Roll-to-Roll Processed Superhydrophobic Vertically Aligned Carbon Nanotubes for Enhanced Antiviral Effects and Reusability (롤투롤 공정 기반 초소수성 수직 배열 탄소나노튜브를 활용한 고성능 항바이러스 및 재사용 가능한 마스크)- 논문 링크: https://doi.org/10.1002/sus2.70001 * 상단 연구진 사진: 왼쪽부터 이형우 교수, 우채영 박사후 연구원.[Abstract]The COVID-19 pandemic has exposed the limitations of traditional preventative measures and underscored the essential role of face masks in controlling virus transmission. More effective and recyclable facial masks using various materials have been developed. In this work, vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) are employed as effective facial mask filters, particularly aimed at preventing SARS-CoV-2 virus infection in preparation for future COVID-19 pandemics. This study assesses six critical aspects of facial masks: hydrophobicity, industrial viability, breathability, hyperthermal antiviral effect, toxicity, and reusability. The VACNT alone exhibits superhydrophobicity with a contact angle of 175.53˚, and an average of 142.7˚ for a large area on spun-bonded polypropylene. VACNTs are processed using a roll-to-roll method, eliminating the need for adhesives. Due to the aligned tubes, VACNT filters demonstrate exceptional breathability and moisture ventilation compared to previously reported CNT and conventional filters. Hyperthermal tests of VACNT filters under sunlight confirm that up to 99.8% of the HCoV 229E virus denatures even in cold environments. The safety of using VACNTs is corroborated through histopathological evaluation and subcutaneous implantation tests, addressing concerns of respiratory and skin inflammation. VACNT masks efficiently transmit moisture and rapidly return to their initial dry state under sunlight maintaining their properties after 10,000 bending cycles. In addition, the unique capability of VACNT filters to function as respiratory sensors, signaling dampness and facilitating reuse, is assessed, alongside their Joule heating effect.- Authors (Pusan National University): Chae Young Woo (Research Center of Energy Convergence Technology), Hyung Woo Lee (Department of Nanoenergy Engineering)- Title of original paper: Advanced Facial Mask Using Roll-to-Roll Processed Superhydrophobic Vertically Aligned Carbon Nanotubes for Enhanced Antiviral Effects and Reusability- Journal: SusMat- Web link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sus2.70001- Contact e-mail: LHW2010@pusan.ac.kr

나노에너지공학과 박민준 교수 연구팀이 차세대 ESS(에너지저장장치)용 레독스* 흐름 전지 가격의 40%를 차지하는 이온교환막**을 제거한 새로운 ‘장수명 저비용 아연-망간 레독스 흐름 전지’를 개발했다.* 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery): 환원(Reduction) + 산화(Oxidation) + 흐름(Flow) + 전지(Battery).** 이온교환막: 레독스 흐름 전지의 작동을 위해 매개하는 이온(양성자/수소이온)을 선택적으로 투과하는 고분자 막.최근 ESS 수요가 높아지고 있는 가운데, 대표적으로 사용되는 리튬 이온 전지에서 지속적으로 화재 사고가 발생해 이를 대체하거나 안전성을 높이려는 시도가 이어져 왔다. 대안으로 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery)가 활발히 개발되고 있으며 용량과 출력을 별개로 설계할 수 있는 특성과 장수명 및 안전성으로 ESS에 적합한 이차전지로 주목받고 있다. 【(왼쪽부터) 이번 연구를 수행한 박민준 교수, 강준희 교수】레독스 흐름 전지는 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 충전식 배터리의 한 종류다. 대규모 에너지 저장이 필요한 분야에서 특히 유용하다. 태양광·풍력 발전과 함께 사용해 전력 공급을 안정화하거나, 전력 피크 시간에 공급을 조절해 효율적으로 운영하고, 병원·데이터 센터 등에 장시간 전력 공급이 가능하게 해준다.기존 리튬 이온 배터리가 고체 전극에서 반응이 일어나는 과정 중 열이 쌓여 과열·발화 가능성이 있고 충·방전을 반복하면서 전극이 손상돼 합선 위험이 있는 반면, 레독스 흐름 전지는 액체 전해질을 사용해 과열되지 않으며 폭발 위험이 없고 전해액(용액) 속에서 화학 반응이 일어나기 때문에 전극이 손상되지 않는다.하지만 레독스 흐름 전지는 높은 가격으로 상용화가 제한적이었다. 이에, 레독스 흐름 전지 가격의 40% 이상을 차지하는 이온교환막을 제거한 ‘이온교환막 없는 레독스 흐름 전지’에 대한 선행 연구가 있어 왔지만, 대용량화를 위한 펌프 순환형 스택 구조에 대한 체계적인 연구가 부족한 실정이었다.레독스 흐름 전지는 전해액이 들어있는 배터리다. 일반 배터리는 상자처럼 고정된 형태로 안에서만 반응이 일어나지만, 레독스 흐름 전지는 액체(전해액)가 계속 흐르면서 반응하는 구조다. 이 전해액을 잘 순환시키는 방식이 중요한데, 그 핵심 기술이 ‘펌프 순환형 스택 구조’다. 전해액은 저장하는 큰 탱크가 따로 있어 펌프가 전해액을 전지 내부로 보내 화학 반응을 일으키면서 전기를 생산한다. 반응이 끝난 전해액은 다시 탱크로 돌아가고 재사용된다. 전해액이 계속 순환하면서 균일한 반응을 유지하고, 전해액을 바꿔주면 쉽게 새것처럼 사용 가능하다. 배터리 크기를 키우지 않아도 전해액 탱크만 키우면 용량이 늘어날 수 있어 대용량화가 가능해진다. 그러나 기존 연구에서는 이온교환막 없이는 펌프 순환 시 전해액이 섞이고, 전극이 불안정해지는 문제를 해결하지 못해 상용화가 어려웠다. 이번 연구는 기존에 발표된 이온교환막 없는 레독스 흐름 전지에서 구현되지 않았던 펌프 순환형 스택 구조를 3D 프린터로 설계한 격막으로 구현했다. 【멤브레인(이온교환막)이 없는 아연-망간 레독스 흐름 전지용 아미노산 첨가제의 역할】또한, 기존에 널리 사용돼 온 바나듐계 레독스 흐름 전지에서 높은 비용을 차지했던 고가의 양이온교환막 및 바나듐 전해액의 사용을 배제하고, 대신 저비용의 아연과 망간을 사용했다. 아연과 망간은 레독스 흐름 전지의 양극과 음극에서 핵심적으로 사용된다. 아연은 전자를 주고(음극) 망간은 전자를 받으며(양극) 전기를 만든다. 기존 바나듐보다 비용이 저렴하고 안정적이라 화재 위험이 낮다.연구팀은 양극과 음극에 동시에 작용 가능한 친환경 다기능 아미노산 첨가제를 전해액에 적용해 양극과 음극 모두의 수명과 용량을 끌어올렸다. 이 같은 연구 결과, 동일 용량의 아연-망간 레독스 흐름 전지 중 최고 수명인 선행 연구 대비 10배의 에너지 밀도를 기록했다. 전지 성능이 10배 높아진 것이다.【멤브레인(이온교환막)이 없는 아연-망간 레독스 흐름 전지】박민준 교수는 “이번 연구는 화재 위험이 없는 안전한 ESS의 보급을 위한 큰 도약이 될 것”이라며 “친환경 수계(水系) 레독스 흐름 전지 상용화에 한발 가까워질 것으로 기대한다”고 말했다. 이온교환막 없는 아연-망간 레독스 흐름 전지를 3D 프린터를 활용한 설계로 구현해 초저비용 스택을 설계하고, 친환경 아미노산 첨가제(Aspartic acid)를 사용해 전지의 수명과 용량을 대폭 향상시킨 이번 연구는 에너지 분야 상위 2.9%, IF(Impact Factor, 피인용지수) 24.4인 국제 학술지 『Advanced Energy Materials』 3월 3일자 표지논문(상단 이미지)으로 게재됐다. - 논문 제목: Revisiting Membrane-Free Zn-Mn Redox Flow Batteries: An Innovative Universal Aspartic Acid Additive for Superior Stability(이온교환막 없는 아연-망간 산화환원 흐름 전지 재검토: 뛰어난 안정성을 위한 혁신적인 범용 아미노산 첨가제)- 논문 링크: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202500621?af=R 이번 연구는 2024년도 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 우수신진연구 사업의 지원을 받아, 부산대 나노에너지공학과 박민준 교수팀과 강준희 교수팀, 국립부경대 오필건 교수 연구팀이 공동으로 진행했다.[Abstract]An all-aqueous membrane-free Zn?Mn redox flow battery utilizing deposition chemistry could be an excellent alternative to conventional aqueous redox flow batteries for reducing costs and improving stability. In the neutral/mildly acidic electrolyte environment of aqueous Zn?Mn redox flow batteries, the anode still suffers from issues such as zinc dendrite growth and corrosion, while the cathode struggles with poor reversibility. The same issues arise in membrane-free Zn?Mn redox flow batteries that use a combined electrolyte, where both anolyte and catholyte are combined. Therefore, it is possible to simultaneously address the issues of both the anode and cathode by using a single additive in the combined electrolyte. Here, we introduce aspartic acid as a universal additive for all-aqueous membrane-free Zn?Mn redox flow battery. In the combined electrolyte, aspartic acid bonded to the Zn anode surface, Zn2+ ions, and Mn2+ ions, resolving almost all the side reactions. Impressively, membrane-free Zn?Mn redox flow battery with aspartic acid demonstrated remarkable cycling stability of 300 cycles at an areal capacity of 10 mAh cm?2. We propose a new efficient strategy for controlling overall side reactions by the simple addition of a single additive in the integrated electrolyte with this report.- Authors (Pusan National University): Hyeokjun Jang (Department of Nano Fusion Technology), Minjoon Park (Department of Nanoenergy Engineering)- Title of original paper: Revisiting Membrane-Free Zn-Mn Redox Flow Batteries: An Innovative Universal Aspartic Acid Additive for Superior Stability- Journal: Advanced Energy Materials- Web link: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202500621?af=R - Contact e-mail: mjpark@pusan.ac.kr

나노에너지공학과 오진우(사진) 교수가 10월 28일 서울 양재 에이티(aT)센터에서 열린 ‘제27회 농림축산식품 과학기술대상 시상식’에서 대통령 표창을 수상했다.오진우 교수는 교원창업기업 젠라이프의 대표이사로, 인공후각 기반 농산물 신선도, 식품 위생, 잔류 농약을 판별할 수 있는 바이오센서 개발을 통한 농식품 신뢰성 강화 및 국민 건강보건 향상에 기여한 업적을 인정받았다.오 교수는 유전공학 기술로 바이오 물질의 DNA를 조작하면 동일 플랫폼에 원하는 화학 특성을 체계적으로 탑재할 수 있다는 점에 착안해 M13 박테리오파지를 개발하고 이를 활용한 전자코 제품을 제작했다.특히, 과일이나 야채의 신선도를 현장에서 바로 판별할 수 있는 비접촉식 ‘휴대용 나노-바이오 전자코(냄새 감시 소자) 시스템’을 선보이는 등 실시간 초고감도 특성과 더불어 소형화를 통해 식품유통분야 현장진단 신시장 개척에 기대를 모으고 있다.