워드프레스 KBoard 피드

고려대, 외부 전력에 의존하지 않는 연료 전지 개발

admin — Wed, 25 Sep 2024 14:57:53 +0000

고려대가 외부 전력에 의존하지 않고 의료기기 및 바이오 센터에 전력을 공급할 수 있는 고성능 직물형 바이오 연료 전지를 개발했다. 고려대 화공생명공학과 조진한 교수, 정윤장 교수, KU-KIST 석사과정 장윤준 학생, 강원대 권정훈 교수, 단국대 최영봉 교수가 이끄는 연구팀은 바이오 연료 전지(BFC)에 효소, 전자 전달 매개체 및 금속 나노 입자를 전도성 직물에 통합하는 새로운 조립 방법을 도입했다. 바이오 연료 전지(BFC)는 생물학적 촉매를 활용해 생화학적 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지원의 일종이다. 해당 전지는 생체 내에 이식한 전기·전자소자(예: 혈당 센서를 포함한 다양한 바이오센서, 심장박동기 등)를 외부 전원 공급 없이 구동할 수 있는 생체 친화형 전지이다. 기존 바이오 연료 전지는 전력 효율과 생체 구동 안정성이 낮고, 유연성 및 물리적 특성도 좋지 않아 실제 응용하기 어려운 문제점이 있었다.

조진한 고려대 화공생명공학과 교수 연구팀, 탄소 나노 올리고머 기반 계면 결합 통합 바인더 프리 직물형 슈퍼커패시터 전극 개발

admin — Wed, 25 Sep 2024 14:57:49 +0000

조진한 고려대학교 화공생명공학과/KU-KIST 융합대학원 교수와 고용민 대구경북과학기술원 박사 연구팀은 친수성 작용기로 표면 개질된 탄소 나노 올리고머를 사용한 계면 결합 기술을 활용해 나노입자 기반의 바인더-프리(binder-free) 직물형 슈퍼커패시터 전극을 개발했다. 이번 연구 결과는 재료과학 및 나노기술 분야의 권위 학술지인 ‘Energy Storage Materials (IF = 20.4)’에 4월 12일 온라인 게재됐다. 슈퍼커패시터는 전극의 표면에서 빠르게 일어나는 반응을 기반으로 전하를 저장한다. 따라서 전극 물질을 비표면적이 높은 나노입자의 형태로 만들게 되면 활성 면적이 증가하고 전하 전달 효율을 향상할 수 있다. 이러한 나노입자의 장점을 효율적으로 활용하기 위해서는 전극 제작에 필요한 전도성 첨가제나 바인더(binder)와 같은 다른 보조 물질들과의 안정적인 결합을 통해 전극 내에서 균일하게 분포된 것이 중요하다. 하지만 전극을 만드는 보편적인 방법인 슬러리(slurry) 코팅법은 나노입자 기반의 전극에 적용하는 데 다음과 같은 한계점이 존재한다. 먼저 높은 에너지 밀도를 구현하기 위해서는 활물질 대비 다른 보조 물질의 비율을 최소화해야 한다. 하지만 나노입자는 비표면적이 높기 때문에 슬러리 제작에 필요한 보조 물질의 비율이 높아져야 할 뿐만 아니라 나노입자 표면에 존재하는 리간드(ligand)는 절연성 유기물로서 전극 내에서 저항으로 작용한다. 또한 물리적 혼합을 기반으로 하는 슬러리는 나노입자와 전도성 첨가제 간의 결합을 고려하지 않았기 때문에 전극 내 균일한 분포를 유도하기 어렵다. 전하 전달에 있어서 전극과 전해질 간의 젖음성 또한 고려해야 할 요소이다.

졸업을 축하드립니다.

admin — Fri, 08 Mar 2024 17:24:18 +0000

석사과정 손유현, 강민철 이상 2명이 2023년 8월 졸업하였습니다. 석사과정 박문규, 장윤준, 진규호 이상 3명이 2024년 2월 졸업하였습니다. 졸업 축하드립니다! 새로운 시작을 응원합니다.

조진한 고려대 화공생명공학과·KU-KIST 융합대학원 교수, 탄소나노튜브와 면섬유 이용한 높은 안정성 수전해 전극 개발

admin — Tue, 12 Dec 2023 17:30:31 +0000

조진한 고려대학교 화공생명공학과/KU-KIST 융합대학원 교수와 김명진 교수(경북대), 김병현 교수(한양대)로 이뤄진 연구팀이 상온/용액공정을 통해 천연 면섬유 직물 소재에 탄소나노튜브 복합체를 코팅한 후 비귀금속인 니켈 합금의 추가적인 전기도금을 통해, 세계 최고 수준의 수소 생산 성능과 구동 안정성을 동시에 갖춘 초고효율 수전해 전극을 제작하는 데에 성공했다. 이번 연구성과는 에너지 환경 공학/촉매 분야의 권위 학술지인 Applied Catalysis B: Environmental(IF:22.1)에 12월 4일자 온라인 게재됐다. 수소는 연소, 연료전지 두가지 방식으로 에너지로 전환될 수 있으며 이 과정에서 온실가스를 발생시키지 않는 가장 전도 유망한 차세대 친환경 에너지로 많은 주목받고 있다. 특히 수소 생산 방법 중에 수전해 방식은 온실가스를 배출하지 않는 그린 수소를 생산하는 방식으로 많은 각광을 받고 있다. 그러나 수전해 방식은 수소를 생산하는 데에 높은 전압이 필요하여 낮은 수소 생산 효율을 지닌다는 한계점이 있어 낮은 전압, 고전류 밀도에서 높은 수전해 성능을 장시간 유지하는 전극을 개발하는 것이 핵심과제였다. 따라서 그린수소 생산을 보편화하기 위해서는 낮은 전압으로도 구동이 가능해야 하며 높은 전류 조건에서도 장시간 구동할 수 있는 안정성이 보장돼야 한다. 기존에는 성능과 안정성을 보장하기 위해 백금, 이리듐, 루테늄과 같은 귀금속 물질을 촉매로 사용했지만 비용에 따른 경제성 문제로 대규모 생산에 장벽으로 작용했다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 니켈 기반의 전이 금속이 합금화된 형태의 촉매를 표면적이 넓은 지지체에 도입해 성능과 안정성을 향상시키는 수전해 전극을 제작하는 방식의 접근이 주목받고 있다. 이에 연구팀은 직물 소재 기반의 높은 기공도를 갖는 다공성 지지체에 계면 상호작용을 이용, 범용적인 탄소나노튜브와 단분자 링커로 이뤄진 복합체 층을 코팅해 전도성과 다공성을 확보한 후, 추가적인 전기도금을 통해 금속 전도성층, 촉매층을 도입했다. 해당 방식을 통해 기존의 무전해 도금법(화학적 환원법), 수열합성법 등 기존 방식이 가진 불안정성, 코팅의 불균일성의 한계를 극복할 수 있었다. 금속/촉매층을 직물소재를 구성하는 섬유 가닥 단위까지 균일하게 도입해 전기전도성, 비표면적을 증가시켜 성능을 극대화했을 뿐 아니라 수소결합과 같은 강한 인력을 기반으로 하여 높은 구동 안정성을 구현했다. 해당 기술은 보편적이고 경제적인 면섬유 직물, 비귀금속 등의 소재들을 이용해 높은 성능, 안정성을 달성(10 mA/cm2에서 1.34 V의 셀전압, 3 A/cm2에서 1000 시간 이상 성능 유지)했다는 점에서 기존 알칼라인 전해질 기반의 수전해 전극의 한계점을 극복했다. 더 나아가 기존에 본 연구진에서 개발했던 우수한 수전해 전극에 비하여 기계적 물성을 대폭 향상했으며 저온의 용액 기반 공정이라는 점에서 상용화 가능성이 높을 것으로 예상된다. 조진한 고려대 화공생명공학과/KU-KIST 융합대학원 교수는 “이번 연구는 기존에 본 연구그룹에서 2022년도에 보고한 최고 성능의 알칼라인 전해질 기반의 수전해 전극 성능을 더욱 향상시킨 결과이며 현재까지 보고된 다양한 알칼라인 수전해 전극들중에서 가장 뛰어난 성능을 보이고 있다, 또한 천연 섬유의 기공도를 조절할 수 있는 전통 직물 산업의 기술을 접목시킨다면 향후 더욱 뛰어난 고성능 수전해 전극을 만들 수 있는 높은 시너지 효과를 가지고 있다”고 말했다.

고려대학교 조진한 교수팀, 고에너지·고안정성 섬유 합사형 생체연료전지 개발

admin — Tue, 12 Dec 2023 17:13:39 +0000

고려대학교(총장 김동원)는 화공생명공학과 조진한 교수 및 강원대 권정훈 교수로 구성된 연구팀이 높은 전류 생성 성능과 구동 안정성을 동시에 지닌 세계 최고성능의 생체연료전지를 개발했다고 밝혔다. 생체연료전지(biofuel cell, 이하 BFC)는 산화환원 반응에 기반한 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 초소형 장치로 심박조율기, 신경 자극기, 약물 전달 펌프를 비롯한 이식용 바이오메디컬 기기의 전력 공급원으로의 활용이 기대되고 있다. 지금까지 보고된 대부분의 BFC 전극은 탄소 기반의 전도체를 주로 사용하였다. 그러나 기존 탄소 기반의 BFC는 낮은 전력과 짧은 가동시간, 효소의 도입량을 증가시킬 때 전극이 두꺼워지며 활물질 층 내의 전하, 전자전달 능력의 한계로 우수한 생체연료전지의 성능 구현에 어려움이 있었다. BFC의 성능은 발생한 전자가 생체효소로부터 전극에 이르는 전자의 이동 능력에 의해 좌우되는데 이때 전극의 표면, 계면 구조가 중요한 이슈로 여겨지고 있다. 전극에 고정되는 전류 생성용 생체효소의 양을 증가시키는 방법, 나노구조체 물질을 이용하여 전극의 활성 표면적을 증가시키는 방법 및 생체효소로부터 전극까지의 전자전달을 더욱 용이하도록 구조를 디자인하는 방법 등을 통해 생체연료전지의 성능을 향상할 수 있다. 또한, 생체연료전지 전극의 표면구조는 높은 활성 표면적을 갖는 동시에 높은 전도 특성을 보유하여 원활한 전류의 흐름을 제공해야 하며, 유연성과 안정성을 동시에 지닌 생체연료전지 전극의 개발은 BFC를 인체 이식용 의료기기 또는 휴대용 기기로까지 확장하기 위해 중요하게 고려되어야 할 사항이다. 이에 본 연구팀은 계면 상호작용을 이용하여 다공성 면섬유에 탄소나노튜브와 금속 나노입자 기반의 전도성 박막을 도입하고, 독특한 구조를 지닌 금속산화물 나노입자와 생체효소를 섬유 가닥 표면에 균일하게 코팅함으로써 높은 비표면적과 전기전도성을 동시에 지닌 전극을 개발하였으며, 금속산화물 나노입자와 생체효소 간 안정적인 결합을 통해 높은 전력 밀도 및 구동 안정성을 동시에 확보할 수 있었다. 특히, 계면 상호작용 기반의 면섬유 전극 제작 기술은 생체효소를 도입한 후에도 면섬유의 다공성 구조를 계속 유지함과 동시에 벌크 금속에 준하는 전기전도성을 확보할 수 있다. 또한, 활성 면적을 극대화할 수 있고 금속산화물 나노입자와 생체효소 간의 우수한 전하, 전자전달 능력을 유도하여 높은 전류밀도를 구현할 수 있었다. 이러한 독특한 생체연료전지 전극설계 방법 및 성능, 안정성은 기존에 보고된 생체연료전지와는 눈에 띄게 차별화된다. 제작된 생체연료전지는 기존에 보고된 다공성 전극들 대비 매우 높은 단위 면적당 전력(10.4mW cm-2)과 함께 60일 후에도 50%가량의 높은 구동 안정성을 보였다. 조진한 고려대 화공생명공학과 교수는 “이번에 개발된 고전도성, 고안정성 섬유 합사형 생체연료전지는 세계 최고 수준의 전력 생산 성능과 우수한 구동 안정성을 동시에 보유하고 있다.”라며 “섬유 기반의 생체연료전지 전극은 유연할 뿐만 아니라 다양한 형태의 나노바이오 의료소재에 적용될 수 있을 것이다. 더 나아가 생체조건 하에서도 전력 생간 안전성이 우수해 웨어러블 및 인체 삽입형 소자 시장에 새로운 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 이 연구성과는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(후속 연구지원 (도전)), 유형1-1 (중견연구))의 지원으로 수행되었고 연구 결과는 국제학술지인 ‘Advanced Materials’ (IF=29.4)에 10월 26일 온라인 게재되었다.

조진한 고려대 화공생명공학과 교수 연구팀, 대뇌피질 형태 신축성 전극 개발

admin — Tue, 12 Dec 2023 16:55:51 +0000

조진한 고려대학교 화공생명공학과 교수 연구팀이 높은 전기전도성과 표면적, 그리고 기계적 안정성을 동시에 지닌 대뇌피질 형태의 표면을 갖는 신축성 전극 개발에 성공했다. 또 제작한 신축성 전극을 마찰전극으로 활용해 고성능 마찰전기 발전소자 (triboelectric nanogenerator)를 개발했다. 이 연구성과는 나노과학/기술 분야의 권위 학술지인 나노 에너지(Nano Energy, IF = 17.6)에 8월 26일자 온라인 게재됐다. 웨어러블 기기, 전자 피부와 같은 차세대 유연성 전자기기들의 개발을 위해서 높은 전기전도성, 표면적, 그리고 좋은 기계적 안정성을 갖는 신축성 전극제작이 필수적이다. 이를 위해 우수한 기계적 물성을 갖는 탄성체 소재 위에 전도성 물질을 단순 코팅, 또는 진공증착하는 방식으로 신축성 전극을 제작하는 연구가 이뤄지고 있었다. 그러나 기존 연구들에 사용되는 전도성 물질들은 본질적으로 낮은 전기전도성을 띠며 입자 표면을 둘러쌓은 절연성 물질로 인해 높은 접촉 저항(contact resistance)을 갖는다. 또 전도성 물질과 탄성체 간의 낮은 결합력 때문에 전극 표면에서 전도성 물질이 쉽게 탈착된다는 문제점이 있다. 따라서 신축성 전극의 상용화를 위해서 높은 전도성과 기계적 안정성을 동시에 구현한 전극제작이 필요하다. 이에 조진한 교수 연구팀은 대뇌피질과 같은 표면 미세구조를 가지며 금속과 같은 전도성, 탄성체와 같은 신축성을 지닌 전극을 개발에 성공했다. 이를 구현하기 위해 유기용매 상에서 팽창된 탄성체 계면 위에 금속 나노입자의 강한 화학적 결합을 유도한 후 알코올 상에서 강한 수축을 유발해 대뇌피질과 같은 주름 구조의 탄성체 전도체를 제작했다. 이후 제작한 전도체 위에 전기도금을 진행하여 매우 얇은 니켈층을 코팅했다. 이처럼 제작된 전극은 금속과 같은 전도성을 가지며 금속 나노입자 조립 과정에서 생긴 미세구조로 인해 미세구조가 없는 평판 전극보다 약 12배가량 향상된 표면적을 보였다. 전극의 표면적이 넓으면 접촉 면적이 넓어진다는 장점이 있어 마찰전기 발전소자에 활용하면 높은 성능을 보일 수 있다. 추가적으로 연구팀이 제작한 전극은 기계적 물성이 떨어지는 니켈로 도금했음에도 불구하고 탄성체 소재 고유의 높은 유연성, 신축성을 유지했으며 기존 상용화된 스퍼터링(sputtering) 방식으로 제작한 전극과 비교했을 때 매우 높은 기계적 안정성을 보이는 것을 확인했다. 특히 전극 표면을 강한 힘으로 2만번 이상 압축을 가하더라도 전극의 전도성을 유지하며 압축 이후에도 표면 미세구조가 변하지 않는 등 우수한 기계적 물성을 지닌 것으로 확인했다. 연구팀은 제작한 전극의 높은 표면적, 뛰어난 기계적 물성을 기반으로 마찰전기 발전소자로 적용해 높은 전력 밀도의 에너지를 생산할 수 있었다. 조진한 고려대 화공생명공학과 교수는 “신축성 전극의 상용화에 걸림돌이 되는 한계점인 기계적 안정성과 전기전도성을 동시에 극복했으며 이를 통해 차세대 전자기기의 개발에 크게 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다.

고려대학교 조진한 교수팀, 나노블렌딩 기술 통한 바인더-프리 리튬이온 배터리 전극 개발

admin — Tue, 12 Dec 2023 16:40:21 +0000

고려대학교(총장 김종원)는 화공생명공학과 및 KU-KIST 융합대학원 조진한 교수, 대구경북과학기술원(DGIST) 고용민 박사 연구팀이 표면 개질된 탄소 도전재를 이용한 나노블렌딩 기술을 통해 우수한 에너지 저장 성능을 지닌 바인더-프리 배터리 전극 개발에 성공했다고 밝혔다. 최근 한국을 비롯하여 세계 시장에서 가파른 성장세를 보이는 이차전지 분야에서는 높은 에너지 용량과 빠른 속도 특성이 구현된 배터리 전극을 요구하고 있다. 현재 배터리 전극(양극/음극)을 제작하는 가장 일반적인 방법은 활물질, 탄소 도전재, 고분자 바인더(binder)가 기계적으로 혼합된 슬러리(slurry)를 2차원 금속 집전체(알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 포일)에 코팅하는 것이다. 하지만, 단순 기계적으로 혼합된 슬러리는 구성 성분 간의 불안정한 계면 상호작용으로 인해 응집(aggregation) 현상이 나타날 수 있고, 용매 증발 과정에서는 낮은 밀도의 탄소 도전재는 떠오르고, 높은 밀도의 활물질은 가라앉는 분리(segregation) 현상이 나타날 수 있다. 즉, 탄소 도전재가 인접한 활물질 사이에 효과적으로 위치하지 못하고, 그로 인해 도전재의 도입량 대비 배터리 전극의 전하 전달 향상에는 한계가 있었다. 이에 조진한 교수 연구팀은 표면 개질된 탄소 도전재를 이용한 나노블렌딩 기술을 통해 안정적인 계면 상호작용을 기반으로 배터리 전극 내에서 도전재의 효율적인 공간 배치를 유도하고, 절연성 유기물(고분자 바인더 및/또는 리간드(ligand))의 비율을 최소화하여, 높은 전하 전달 효율과 우수한 에너지 저장 성능을 지닌 바인더-프리 배터리 전극을 개발했다. 표면 개질된 탄소 도전재가 매개하는 리간드 교환 반응을 통해 높은 에너지 용량을 지니는 산화철 나노입자를 균일하게 조립하여 바인더-프리 배터리 전극을 제작했다. 개질된 탄소 도전재 표면에 존재하는 카복시기(-COOH)는 나노입자 표면에 존재하는 절연성 리간드를 제거하는 동시에 안정적인 계면 상호작용을 형성할 수 있었고, 이를 통해 절연성 고분자 바인더의 사용 없이도 배터리 전극을 구성할 수 있었다. 이러한 접근 방법은 구성 성분 간의 안정적인 계면 상호작용을 기반으로 하여 응집 및 분리 현상 없이 전극을 형성할 수 있었고, 탄소 도전재가 효율적으로 공간 배치된 나노블렌드 구조를 유도할 수 있었다. 그로 인해, 형성된 바인더-프리 배터리 전극은 높은 전하 전달 효율을 보일 수 있었으며, 높은 에너지 저장 성능과 구동 안정성을 보일 수 있었다. 특히, 이러한 나노블렌딩 기술은 2차원 금속 집전체에만 한정된 슬러리 코팅 방법과는 달리 넓은 표면적을 바탕으로 높은 면적 당 성능을 유도할 수 있는 3차원 금속 집전체(그 예로, 피브릴계 직물 집전체)에도 효과적으로 적용될 수 있었다. 구체적으로, 본 기술을 통해 직물 집전체의 내/외부 표면에 전극 층을 균일하고 안정적으로 도입할 수 있었으며, 제작된 나노블렌드 직물 전극은 슬러리 코팅을 통해 제작된 직물 전극에 비해 높은 에너지 저장 용량, 빠른 속도 특성, 높은 구동 안정성을 보였다. 추가로, 제작된 나노블렌드 직물 전극은 다공성 구조를 활용하여 스택(stack) 방식을 통해 더욱 높은 에너지 저장 성능을 보일 수 있었다. 제 1저자인 송용권 박사는 “기존 배터리 전극의 제작 방법에서 생기는 고질적인 문제를 구성 성분 간의 계면/구조 관점에서 바라볼 수 있는 연구로, 향후 이차전지 분야에서 배터리 전극 설계를 최적화하는 데 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었으며, 재료과학 및 나노과학/기술 분야의 권위 학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF = 17.521)에 독일 현지 시간 5월 21일에 온라인 게재됐다.

조진한 고려대 교수팀, 고에너지 저장/고안정성 섬유형 리튬이온 배터리 집전체 개발

admin — Wed, 24 May 2023 10:36:14 +0000

고려대 화공생명공학과 조진한 교수 연구팀, 한국에너지기술연구원 김병현 박사 연구팀, DGIST(대구경북과학기술원) 고용민 박사 연구팀, 그리고 KBSI(기초과학지원연구원) 김양수 박사 연구팀은 계면 상호작용을 기반으로 전기화학적으로 활성화된 섬유 집전체를 구현함으로써 높은 에너지 저장 성능과 전기화학적 구동 안정성을 동시에 지닌 리튬이온 배터리용 텍스타일 집전체 전극 개발에 성공했다. 기존 상용화된 리튬이온배터리 음극은 평판 형태의 구리 포일 (Cu foil)위에 활물질 (에너지 저장 기능을 갖는 물질)을 코팅하여 사용하고 있으며, 구리 포일 자체의 에너지 저장 성능은 거의 무시될 정도로 미미했으며 단지 집전체로만 사용되어왔다. 또한, 이러한 구리 포일의 평판 구조는 활물질의 도입량을 증가시킬 경우, 전극이 두꺼워지며 활물질 층 내의 전하/전자 이동의 한계로 인해 우수한 성능 구현의 어려움이 있었다. 이러한 문제점를 극복하기 위해, 단위 면적당/부피당 표면적이 넓은 3차원 구조의 다공성 소재(금속 폼, 탄소 기반 소재)를 이용한 전극 제작이 폭넓게 연구가 진행되며 전극 성능 개선의 발판을 마련했지만, 전극의 비표면적, 집전체의 전기전도성, 그리고 활물질과의 결합 안정성 측면에서의 여러 한계점들이 여전히 존재했으며, 집전체 자체의 에너지 저장 기능을 부여하려는 노력은 거의 없었다. 이에 연구팀은 계면 상호작용을 이용하여 다공성 섬유 지지체에 탄소나노튜브와 금속 나노입자 기반의 전도성 박막을 도입하고 추가적인 전기도금을 통해 구리층을 섬유가닥 표면에 균일하게 코팅함으로써 높은 비표면적과 전기전도성이 동시에 확보된 우수한 섬유기반 집전체를 개발했으며 집전체 자체에서도 높은 에너지 저장 기능 및 구동 안정성을 확보할 수 있었다. 계면 상호작용을 이용한 탄소나노튜브와 금속 나노입자의 전도성 박막 도입과 추가적인 전기도금 기법을 통해 섬유 고유의 특성(넓은 비표면적, 기계적 유연성, 경량화 등)을 유지할 뿐만 아니라 활성 면적 극대화 및 높은 전도성을 확보한 우수한 섬유형 집전체를 제작할 수 있었다. 이후 산화과정을 통해 구리층 표면에 전기화학적 활성을 가진 구리-산화층(CuO, Cu2O)이 고르게 형성되어 전하 집전 능력뿐만 아니라 우수한 에너지 저장 성능을 발현할 수 있는 전기화학적 활성화된 섬유형 집전체를 확보하였다. 에너지 저장 성능의 추가적인 향상을 위해 음극용 활물질 (Li4Ti5O12, LTO)을 추가적으로 코팅하여 고에너지 밀도의 섬유형 에너지 저장 전극을 최종적으로 개발할 수 있었다. 특히, 이러한 기술은 (계면 상호작용 기반으로) 섬유의 다공성 구조를 유지함과 동시에 벌크 금속에 준하는 전기전도성을 확보하여 활성 면적을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 구리-산화층 형성을 통한 에너지 저장 기능을 갖는 집전체와 LTO 나노입자의 시너지효과를 통해 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있었고 이러한 독특한 전극 설계는 기존에 보고된 다공성 집전체 전극들과 차별화된다. 제작된 구리 기반의 섬유형 집전체기반의 전극은 기존에 보고된 다공성 전극들 대비 매우 높은 단위 면적당 방전 용량(8.60 mA h cm-2)과 함께 높은 구동 안정성을 보였다. 제1저자인 용의주 연구원은 “이번 연구는 집전체 자체에서 높은 전기 전도도 뿐만 아니라 높은 에너지 밀도를 동시에 갖고 있기 때문에 활물질과 결합했을 때 전체적인 에너지 밀도를 획기적으로 크게 향상시킬 수 있는 방안”이라고 밝혔다. 이번 연구성과는 재료과학 및 나노과학/기술 분야의 권위 학술지인 에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials, IF = 20.831)에 미국 현지시간 5월 10일에 온라인 게재됐다.

졸업을 축하드립니다

admin — Mon, 06 Mar 2023 10:55:38 +0000

석박통합과정 남동현, 송용권 석사과정 유창은, 배우진 이상 4명이 2023년 2월 졸업하였습니다. 졸업 축하드립니다! 새로운 시작을 응원합니다.

고종국 박사, 2023년 가천대학교 화공생명공학과 교수 임용(지도교수: 조진한)

admin — Mon, 06 Mar 2023 10:41:00 +0000

고려대학교 화공생명공학과 조진한 교수 연구실 출신 고종국 박사가 2023년 가천대학교 화공생명공학부 교수로 임용되었습니다. 고종국 박사는 2018년 서울대학교 화학생물공학부 박사학위 취득, 이후 고려대학교 화공생명공학과 및 BK21 화공생명공학교육연구단 연구교수로 재직하고 독일 Max Planck Institute for Intelligent Systems에서 Post-doc 후, 2023년 3월 1일자로 가천대학교 화공생명공학부 교수로 임용되었습니다. 고종국 박사는 고려대학교에 post-doc으로 있는 동안, 층상자기조립 (layer-by-layer assembly)을 기반으로 한 소프트 엑츄에이터(soft actuator) 관련 연구를 수행하였으며 제 1저자로 ACS Nano (IF = 18.027), Chemical Society Reviews (IF = 60.615), Science Robotics (IF = 27.541)를 게재하는 등 우수한 연구 성과와 잠재력을 인정받아왔습니다.

권정훈 박사, 2022년 강원대학교 에너지공학부 교수 임용(지도교수: 강정원/조진한)

admin — Mon, 06 Mar 2023 10:38:23 +0000

고려대학교 화공생명공학과 강정원 교수/조진한 교수 (박사과정/연구교수) 연구실 출신 권정훈 박사가 2022년 강원대학교 에너지공학부 교수로 임용되었습니다. 권정훈 박사는 2008년 고려대학교 화공생명공학과 박사학위 취득, 이후 하버드 의과대학(Department of Medicine, Harvard Medical School)에서 박사 후 과정, 한양대학교와 고려대학교에서 연구교수로 재직한 후 2022년 9월 1일자로 강원대학교 에너지공학부 교수로 임용되었습니다. 권정훈 박사는 바이오 연료전지 (Biofuel Cells) 및 관련 에너지 생성/저장/전환 소자로의 응용 연구를 집중적으로 진행해 왔습니다. 특히, 지금까지 나노바이오 에너지 연구 분야에서 해결하지 못했던 성능의 제한점과 구동 안정성 향상 연구를 진행 중이며 이를 통해 나노바이오 의료기기의 생체이식 가능성을 높였습니다. 이러한 연구를 통해, Nature Communications (2014, 2018), Applied Physics Reviews (2022) 등의 저명한 저널에 논문을 게재하는 등 우수한 연구성과와 잠재력을 인정받아 왔습니다.

조진한 교수팀, YTN 보도

admin — Thu, 04 Aug 2022 15:16:38 +0000

<천에 금속 입혔더니...수소 생산 효율 20배 향상> 조진한 교수 연구진이 YTN 뉴스에 보도되었습니다. 값싼 금속을 이용해 많은 수소를 뽑아내는 기반 기술의 우수한 수소 생산 효율과 안정성에 대하여 소개하였습니다. 해당 방송은 2022년 07월 31일에 보도되었으며 YouTube에서도 시청할 수 있습니다. 기사 링크: https://www.ytn.co.kr/_ln/0105_202207310439175278 YouTube 링크: https://www.youtube.com/watch?v=g03MXTdI_wU https://www.youtube.com/watch?v=jcjmpnawtNk

조진한 고려대 교수팀, 초고효율 ‘수전해 전극’ 개발 성공

admin — Thu, 04 Aug 2022 14:55:48 +0000

고려대학교는 조진한 화공생명공학/KU-KIST 융합대학원 교수 연구팀이 세계 최고 수준의 수소 생산 성능과 구동 안정성을 동시에 지닌 초고효율 수전해 전극을 제작하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 수소는 연소 후에도 유독성 기체를 배출하지 않고, 중량 대비 높은 에너지를 낼 수 있어 다양한 국가들이 지구온난화 및 기후변화 대응을 위한 2050 탄소중립을 추구함에 따라 차세대 친환경 에너지로 많은 주목을 받고 있다. 특히, 수소 생산 방법 중에 수전해 방식은 온실가스를 배출하지 않는 그린 수소를 생산하는 방식으로 많은 각광을 받고 있다. 그러나, 수전해 방식은 수소를 생산하는 데에 높은 전압이 필요하여 낮은 수소 생산 효율을 지닌다는 한계점이 있어, 낮은 전압에서도 높은 수전해 성능을 장시간 유지하는 전극을 개발하는 것이 핵심과제였다. 수소 생산 효율을 높이기 위해 기존 귀금속 촉매를 대체해 전이 금속 기반의 촉매를 다공성 구조의 지지체에 코팅하여 수전해 전극을 제작하는 연구들이 있었다. 하지만 기존에 보고된 기술로는 넓은 표면적을 갖는 직물 소재에 금속 촉매를 완벽하게 코팅하지 못해 수전해 전극으로 적용하는 데 여러 한계가 존재했다. 연구팀은 저온의 탄화공정으로 절연성 직물 소재에 전도성을 부여한 후, 피브릴 표면에 금속 촉매 층과 화학적 결합을 이룰 수 있는 반응기를 도입하는 독자적인 표면처리 기반 전기 도금법을 이용해 세계 최고 수준의 수소 생산 성능과 구동 안정성을 동시에 지닌 수전해 전극개발에 성공했다. 이 기술을 통해 비교적 값이 싼 니켈, 철, 코발트 등을 표면 처리된 탄화 직물 소재에 균일하게 코팅해 수소 생산의 효율성을 극대화했다. 이번 연구에서 제작된 수전해 전극은 기존 귀금속 촉매 기반 전극 대비 수소 생성 효율을 20배 이상 향상된(본 연구에서의 과전압: 10 mA/cm2에서 0.012 V) 성능을 보였으며, 구동 전압을 20%(본 연구에서의 구동 전압:　2000 mA/cm2에서 1.7 V) 낮춰 전 세계 최고성능임을 입증했다. 특히, 개발된 수전해 전극은 높은 전류밀도(2000 mA/cm2)에서 2000시간 이상 성능을 유지하는 등 독보적인 구동 안정성을 보였다. 조진한 고려대 교수는 “이번 연구는 탄화된 직물 소재의 넓은 표면적을 최대한 활용하고 금속 촉매 층과의 계면 설계를 통해 수소 생산 효율성과 우수한 내구성을 동시에 확보한 전극개발의 최초 사례로, 이를 통해 만들어진 수전해 전극은 세계 최고의 수소 생산 성능과 우수한 구동 안정성을 보고하고 있다”라며, “이는 앞으로 2050 탄소중립 사회 실현에 맞춰 국내 수소 에너지 관련 산업의 국가 경쟁력을 확보하는데 기여할 것이라고 기대된다”라고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 나노 및 소재 기술개발사업과 고려대학교, KU-KIST 사업에서 지원된 연구비로 수행됐으며, 영국왕립화학회(RSC, Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 에너지 환경 분야 세계적인 권위지인 에너지 앤 인바이런먼털 사이언스(Energy & Environment Science)에 한국시간 지난 15일 온라인 게재됐다. 파이낸셜투데이 정진성 기자 출처 : 파이낸셜투데이(http://www.ftoday.co.kr) http://www.ftoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=238887 등 6건 보도

조진한 고려대 화공생명공학과 교수 연구팀, 금속 나노입자 이용한 직물형 바이오 연료전지 개발

admin — Thu, 23 Jun 2022 16:25:22 +0000

조진한 고려대학교 화공생명공학과·KU-KIST 융합대학원 교수, 권정훈 박사, 이승우 조지아텍 교수 연구팀이 물 속에 녹아 있는 효소를 기름 속에 분산돼 있는 금속 나노입자와 결합하는 새로운 양친화성 어셈블리(amphiphilic assembly) 방법을 바이오 시스템에 도입하고 효소를 전극 위에 안정적으로 고정하여 직접 전자전달(direct electron transfer) 방식의 고성능 바이오 연료전지를 개발했다. 바이오 연료전지는 생체 내에서 에너지원으로 활용되는 포도당을 산화시킬 때 생성되는 전자를 전극으로 수집해 전력을 생산할 수 있다. 따라서 바이오 연료전지는 생체 내에 이식한 전기전자소자를 외부 전원 공급 없이 구동시킬 수 있는 생체 친화형 전지이다. 기존의 바이오 연료전지는 전력 생산 효율이 매우 낮고 생체 내에서 구동 안정성이 좋지 않을 뿐만 아니라 유연성과 물리적 특성도 좋지 않아 실제 응용에는 많은 한계가 존재했다. 연구팀은 물속에 녹아 있는 효소를 기름 속에 분산돼있는 금속 나노입자와 결합하는 새로운 양친화성 어셈블리 방법(amphiphilic assembly)을 바이오 시스템에 도입했고 효소를 전극 위에 안정적으로 고정해 직접 전자전달(direct electron transfer) 방식의 고성능 바이오 연료전지를 개발했다. 조진한 고려대 화공생명공학과 교수는 “이러한 독특한 어셈블리 방법은 효소를 비롯한 바이오 물질들이 기름에서 활성이 완전히 사라질 것이라는 기존 개념에서 벗어난 매우 독창적인 방법이며 전해질 내에서의 구동안정성을 획기적으로 향상할 수 있다. 더 나아가서 효소와 전극 사이의 전자 이동을 매우 쉽게 유도함으로써 전극 내 전자전달 효율을 향상시키고 결과적으로 바이오 연료전지의 성능을 큰 폭으로 향상할 수 있다”라고 말했다. 이번 연구결과는 응용물리 분야에서 최우수 저널인 Applied Physics Reviews(IF =19.162)에 미국 현지시간 5월 24일 온라인 게재됐으며 저널 편집자들이 최우수 논문으로 선정했다. 출처 : 스마트경제(http://www.dailysmart.co.kr) http://www.dailysmart.co.kr/news/articleView.html?idxno=60188, https://scitechdaily.com/electrode-design-paves-way-for-high-performance-hybrid-biofuel-cells 등 국내외 4건 보도

Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2106438 (Selected for the front cover of Advanced Functional Materials)

admin — Thu, 13 Jan 2022 14:49:04 +0000

Advanced Functional Materials에 투고한 논문(“Charge-Transfer Effects of Organic Ligands on Energy Storage Performance of Oxide Nanoparticle-Based Electrodes”)에 대한 cover design이 front cover로 선정되었습니다. 축하드립니다!

Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101631 (Selected for the front cover of Advanced Energy Materials)

admin — Fri, 24 Sep 2021 16:12:36 +0000

Advanced Energy Materials에 투고한 논문(“Textile-Type Lithium-Ion Battery Cathode Enabling High Specific/Areal Capacities and High Rate Capability through Ligand Replacement Reaction-Mediated Assembly”)에 대한 cover design이 front cover로 선정되었습니다. 축하드립니다!

Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102530 (Selected for the front cover of Advanced Functional Materials)

admin — Thu, 26 Aug 2021 18:52:11 +0000

Advanced Functional Materials에 투고한 논문(“Layer-by-Layer Assembly-Based Electrocatalytic Fibril Electrodes Enabling Extremely Low Overpotentials and Stable Operation at 1 A cm−2 in Water-Splitting Reaction”)에 대한 cover design이 front cover로 선정되었습니다. 축하드립니다!

조진한 교수팀, 아리랑TV [BizTech KOREA] Hydrogen production for carbon neutrality 편 출연

admin — Wed, 25 Aug 2021 18:01:41 +0000

조진한 교수 연구진이 아리랑TV [BizTech KOREA] Hydrogen production for carbon neutrality 편에 출연했습니다. <면섬유를 활용한 수소생산 기술 개발>을 주제로 이번에 개발한 물 분해 전극의 우수한 수소 생산 효율과 안정성에 대하여 소개하였습니다. 해당 방송은 2021년 08월 18일 수요일에 방영되었으며 YouTube에서도 시청할 수 있습니다. YouTube 링크: https://www.youtube.com/watch?v=U7V-Rxv8gl4

Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2002969 (Selected for the back cover of Advanced Energy Materials)

admin — Wed, 18 Aug 2021 11:27:15 +0000

Advanced Energy Materials에 투고한 논문(“Interfacial Design and Assembly for Flexible Energy Electrodes with Highly Efficient Energy Harvesting, Conversion, and Storage ”)에 대한 cover design이 back cover로 선정되었습니다. 축하드립니다!

조진한 교수팀, 공동 연구서 텍스타일 기반 '배터리 전극' 개발

admin — Tue, 17 Aug 2021 20:22:03 +0000

조진한 고려대 화공생명공학과 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 에너지 저장 능력을 향상시키는 텍스타일 기반 배터리 전극을 개발했다. 19일 고려대에 따르면, 조 교수 연구팀은 이승우 교수(미국 조지아텍), 고용민 박사(대구경북과학기술원)와 진행한 공동 연구에서 이같은 연구 결과를 얻었다고 밝혔다. 공동 연구팀은 텍스타일 섬유 위에 고결정 에너지 나노입자를 균일하게 코팅해 단위면적당 높은 에너지 밀도를 보이는 이차전지 양극재를 개발하는 데 성공했다. 새로 개발된 이차전지 양극재는 빠른 충방전 속도와 함께 높은 기계적 유연성을 동시에 구현할 수 있는 특징을 지닌다. 조진한 고려대 교수는 "텍스타일 전극을 기반으로 최고 성능의 슈퍼커패시터, 배터리와 물 분해 전극까지 연이어 성공적으로 구현함으로써 텍스타일 기반 에너지 전극 플랫폼 기술을 선도적으로 확보했다"고 밝혔다. 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업 지원으로 수행됐다. 연구 내용은 유럽 현지시간 기준 지난 16일 자 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'(Advanced Energy Materials) 온라인판에 게재됐다. https://www.news1.kr/articles/?4376647,https://www.etnews.com/20210719000094 외 4건 보도