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Our laboratory focuses mainly on the development of nanomaterials for energy production, conversion, and storage, as well as on renewable energy produced by (photo)electrochemical reactions to create a future sustainable energy system. In order to understand the exact underlying mechanisms of these reactions and to enhance conversion efficiency, we perform in-depth analyses at the surface of the electrode or catalyst and at the interface between electrode and electrolyte.
Press Release
2025-03-17 군수융합과학기술그룹 자문위원 7명 위촉식
2024-12-30 한국에너지공대 교원들이 거둔 올해 주요 성과는?
2024-10-08 [2024 전남나주 강소연구개발특구 기업 CEO] 에너지 생산·저장·운송 전주기 R&D 전문기업 '닐 사이언스'
2024-09-19 켄텍 심욱 교수 연구팀, 효율적인 질소환원 반응을 위한 차세대 전기촉매 개발
2024-09-06 에너지밸리기업개발원-닐사이언스, 수소·에너지 분야 공동 연구개발 협력
2024-06-14 켄텍 심욱 교수 연구팀, 고효율 암모니아 생산 위한 촉매 개발
2024-04-22 신형 MoSe2/rGO 이종구조 전기 촉매 개발, 논문 표지 이미지 선정
2024-04-22 광/전기화학적 수소 생산을 위한 MXene 기반 소재
2024-04-22 최신 광전기 화학 하이브리드 물 분해의 발전과 동향에 관한 연구 발표
2024-03-15 암모니아 산화반응을 통한 저전압에서의 수소 생산을 위한 새로운 촉매 개발
2024-03-15 광범위한 pH 조건하에서 수소생산 촉매로 사용할 수 있는 획기적인 생체모방형 촉매 Fe7S8/C의 거동성 규명
2024-03-15 수성/비수성 전해질 모두에서 전기화학적 암모니아 생성 가능한 Au@Cu2-XSe 구조체 개발
2024-03-15 심욱 교수 연구팀, 바이메탈 NiO/NiFe2O4 헤테로 구조 연구 발표
2024-03-15 결정성 흑연 탄소에 NiO 나노입자 합성을 위한 새로운 합성법 개발
2024-03-15 전기화학에너지 응용을 위한 2D-COF의 전자구조 재배치에 관한 전략 연구 결과 발표
2023-09-18 전이금속-폴리도파민 상호작용 제어를 통한 전기화학 기반 고효율 수소 생산 촉매 개발
2023-09-13 심욱 교수팀 전이금속-폴리도파민 상호작용 제어를 통한 고효율 수소 생산 촉매 개발
2023-09-13 심욱 교수팀 그래핀 기반 에너지 저장 소재 연구의 최근 동향 제시
2023-09-13 심욱 교수팀 납-탄소 배터리의 탄소 기반 소재 개발의 최근 진전 보고
2023-09-13 심욱교수 고성능 바이오센싱 플랫폼 최근 동향 소개
2023-09-13 심욱 교수 자동차 배터리용 납-탄소 전극의 사이클 성능 보고
2023-09-13 심욱 교수팀 납-탄소 복합재료 활용한 URFC용 바이폴라 플레이트 개발
2023-09-13 심욱 교수팀 나트륨 이온 하이브리드 커패시터 음극재 개발 성공
2023-09-13 심욱 교수팀 고효율 저비용 수소생산용 고엔트로피 합금 촉매에 대해 보고
2023-09-12 이종 촉매의 계면 제어를 통한 전기화학적 암모니아 생산 효율 증대
2023-09-07 생검으로부터 암 표지인자 검출을 위한 고성능 바이오센싱 플랫폼 개발의 최근동향 보고
2023-08-29 전기방사법을 활용한 전이금속 기반 이종 구조 촉매 개발 및 수전해 성능 향상
2023-08-23 심욱 교수 연구팀, 고엔트로피 합금 촉매의 최신 연구 동향 및 전망 제시
2023-08-09 심욱 교수 연구팀, 촉매활성을 극대화시킨 2D/2D 헤테로 구조 촉매 개발
2023-07-26 심욱 교수 연구팀, 실험계획법을 통한 니켈 인화물의 합성 및 커패시턴스, 수소 생산 성능 향상 최적화
2023-06-23 심욱 교수 연구팀, 고에너지-고출력 배터리커패시터용 음극재 개발
2023-06-08 한국에너지공과대학교 연구진, 슈퍼 커패시터 전극 재료로의 전이 금속 질화물 재료 연구결과 발표
2023-05-29 한국에너지공과대학교 연구진, 동백꽃 유래 다기능 촉매 및 슈퍼 커패시터 개발
2023-05-16 한국에너지공과대학교 연구진, 高내식 알루미늄 합금 개발
2023-04-28 태양광 흡수 스펙트럼을 확장시키는 광전기화학 촉매 개발
2023-04-17 상온, 상압에서 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매 개발
2023-03-21 전기화학적 암모니아 합성 촉매 개발
2023-03-21 암모니아 합성 후 남은 촉매 찌거기, 반응 촉진에 재활용한다
2023-03-07 심욱 교수 연구팀 반응 선택성 개선을 통한 전기화학적 암모니아 산화 반응 및 수소 발생 향상
2023-03-07 심욱 교수 연구팀 수소 및 고부가가치 물질 생성을 위한 하이브리드 수전해 연구 동향 및 전망 제시
2023-03-07 심욱 교수 연구팀 배위 착화물을 이용한 전기화학적 암모니아 생산 촉매의 활성점 개선
2023-03-07 심욱 교수 연구팀 이종 촉매의 계면을 이용한 전기화학적 암모니아 생산 효율 증대
2022-08-31 공기 중 암모니아 합성 가능한 질소 환원 촉매 개발
2021-09-21 불소 먹은 슈퍼커패시터, 성능이 5배 향상
2021-09-15 고성능 슈퍼커패시터 구현한 국제 공동연구진...상용화 기대
2021-09-15 친환경차 장거리도 씽씽? 에너지저장장치 성능 'up' 성공
2021-09-15 대용량 그래핀 불소도핑 성공..고성능 슈퍼커패시터 상용화 '탄력'
2021-09-15 韓 연구진 “고성능 슈퍼커패시터 상용화 난제 해결
2021-09-15 그래핀 대용량 불소도핑 성공...고성능 슈퍼커패시티 구현 기반 마련
2021-09-15 불소 도핑으로 ‘고출력 에너지 저장장치’ 성능 높여
2021-12-22 [News Medical Life Sciences] Importance of pneumococcal vaccination during the COVID-19 pandemic
NEWS
에너지밸리기업개발원·한국에너지공대 업무 협약
에너지밸리기업개발원(원장 임청원)과 한국에너지공과대학교(총장직무대행 박진호)는 4일 에너지밸리기업개발원 중회의실에서 ‘산학협력, 창업보육지원, 공동 연구개발, 인적교류를 통한 에너지 산업 기술경쟁력 확보와 에너지밸리 지역경제 활성화 등’ 지역 상생 및 산학협력을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다.
박진호 총장직무대행은 “지속적인 산학협력을 통해 에너지기술 발전과 에너지밸리 지역 경제 활성화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.
출처 : https://news.heraldcorp.com/village/view.php?ud=20240904050701
한국에너지공대, 美 버클리 대학과 글로벌 인재양성 MOU
켄텍은 25일 “세계 유수 대학 중 하나인 UC 버클리 대학 에너지 나노사이언스 언구소(UC Berkeley Kavli ENSI)에서 에너지 분야 글로벌 인재양성을 위한 업무협약을 체결했다”고 밝혔다.
UC 버클리 Kavli ENSI는 에너지 연구 및 기술 혁신 허브이자 세계적인 연구 네트워크인 Kavli Institutes의 한 축으로 과학 지식의 공유와 혁신을 촉진하는 글로벌 연구기관으로 평가받고 있다.
양 대학은 이번 협약을 통해 연구소 간 에너지 미래기술 개발협력과 함께 학생 및 연구원 교류, 공동 워크숍 개최 등 연구 협력 체계 구축을 위한 공동 연구 프로젝트 추진, 인적 교류 활성화, 공동 워크숍 개최 등 협력을 추진한다.
한국에너지공대 중국 시안교통리버풀대와 에너지 소재연구/인력양성 업무협약 체결
한국에너지공대는 KENTECH 연구원이 중국 시안교통리버풀대학 자연과학대학과 5일 에너지소재 분야의 국제공동연구, 전문인력양성을 위한 업무협약을 체결했다고 6일 밝혔다. 이번 협약은 에너지 분야의 연구개발과 인적교류, 공동교육 등을 통해 상호 호혜/국제적 협력체계 확립에 목적을 두고 ▲ 국제공동연구 프로젝트 발굴 ▲교육/연구 자원의 공유 ▲에너지 분야 연구자/학생 교류 ▲공동 세미나, 컨퍼런스 개최 등에 대해 적극 협력하기로 했다.
중국 시안 교통-리버풀 대학교 (XJTLU)는 영국의 명문대인 리버풀 대학교 (U. of Liverpool)와 중국 시안의 명문대인 시안교통대학교의 협력으로 2006년 중국 장수성 수조우 (Suzhou)에 설립된 대학으로 현재 1만8000여 명의 학생이 재학 중인 중국 최대규모의 국제 조인트 대학이다. 특히 XJTLU는 글로벌 인재육성과 산학연 클러스터 조성을 위해 세계 명문대학 수준의 교수진과 인프라가 조성된 대학으로 졸업생의 대부분이 글로벌 top 10 대학원으로 진학하는 등 우수한 인재를 양성하고 있다.
박진호 연구원장은 “이번 협약을 통해 켄텍은 에너지 분야의 글로벌 연구경쟁력 확보와 인재양성을 위한 확장성을 추가적으로 확보하게 되었다”고 밝히며 “한국에너지공과대학교와 중국 시안교통-리버풀대학교가 에너지 분야 기술과 노하우를 공유하고, 에너지전문인력을 양성하여 글로벌 에너지 위기를 극복해 나가는 계기가 될 수 있도록 적극 매진할 계획이다” 라고 밝혔다.
출처 : http://www.veritas-a.com/news/articleViewAmp.html?idxno=464061
한국연구재단 금요일에 과학터치 강연
지속가능한 사회를 이루기 위한 청정에너지 생산
– 한국에너지공과대학교 심욱 교수
전남고등학교에서 켄텍&NEEL 방문!
< 2023 수소-연료전지 Winter Camp>
#종료
< 2022 KENTECH 대학원 동계 인턴 프로그램 > #종료
이종 촉매의 계면 제어를 통한 전기화학적 암모니아 생산 효율 증대
한국에너지공과대학교 심욱 교수(㈜닐사이언스 대표) 연구팀 (주저자; 안태용 석/박통합과정생, Subramani Surendran 박사)는 질화물-탄화물 몰리브데넘의 계면을 제어하고 전기화학적 암모니아 생산 효율을 개선한 연구 결과를 확보하였다.
질소는 낮은 반응성에 기인한 높은 안정성으로 실생활에 널리 쓰이는 기체이다. 그러나 질소를 전기화학적 방법을 이용해 암모니아로 변환하기 위해서는 높은 안정성이 불리하게 작용하여, 이를 극복하기 위해 질소를 효과적으로 흡착할 수 있는 촉매의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 몰리브데넘 질화물과 탄화물의 비율을 달리하고 두 물질이 만나는 계면의 범위를 제어하여 질소의 흡착성을 개선하고 암모니아의 생산 효율을 높였다.
탄화 몰리브데넘의 질화 공정에 의해 표면 질소의 결합이 발생하여 반응성이 증가되었고, 질화물의 치환을 통해 암모니아의 반응 속도가 가속화되는 결과를 확인하였다. 촉매의 표면 결합과 계면의 범위를 제어하는 전략을 통해 수소의 부속반응이 억제되고 질소 흡착 능력이 개선되어 우수한 암모니아 생산 효율을 확보할 수 있었다.
본 연구 결과는 2023년 2월 국제 학술지인 ‘Frontiers in Chemistry’ (피인용지수 5.545)에 게재되었다.
□ Promoting electrochemical ammonia synthesis by synergized performances of Mo2C-Mo2N heterostructure
(https://doi.org/10.3389/fchem.2023.1122150)
출처 : http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=300622
생검으로부터 암 표지인자 검출을 위한 나노물질 기반
- 고성능 바이오센싱 플랫폼 개발의 최근 동향
에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 (㈜닐사이언스 대표) 연구팀 (주저자; 서진희 공학석사, 이현정 박사)은 생검에서 암 표지인자를 고감도로 검출하기 위해 기능화된 첨단 나노 소재를 탑재한 바이오센싱 플랫폼의 개발에 대한 최신 연구 동향 및 전망을 제시하였다고 7일 전했다.
암은 인간의 주요 사망 원인 중 하나로 암을 조기에 발견하면 사망 위험을 크게 줄이고 사망 위험을 크게 줄이고 치료 예후를 개선할 수 있다. 병리학적으로 암 조기 진단을 위한 표준 진단 방법은 종양 생검 표본의 유전자 분석법이다.
안타깝게도 종양 생검 검체에서 바이오마커를 분리하고 정량화하는 기술의 표준화에는 보다 민감하고 정확하며 신속한 검출 기술이 필요한 실정이다. 나노 소재를 접목한 센서는 나노 소재의 고유한 장점으로 인해 높은 감도 및 정확도로 암 표지인자의 검출이 가능하여 최근 다양한 진단 분야에서 큰 관심을 가지고 연구되고 있다. 다양한 기능성 나노소재를 활용한 바이오센싱 플랫폼의 개발은 빠르고 정확한 바이오마커의 분리 및 검출을 실현하여 암 조기 진단을 가능하게 할 것으로 기대된다.
연구팀은 고감도 분석 기술로써 바이오센서 플랫폼의 범위에 적용되는 첨단 나노 소재를 탐색하고, 이를 활용하여 신호 특이적 암 바이오마커의 선택적 인식 및 검출을 위한 바이오센싱 플랫폼의 최근 개발 동향을 소개하였다. 이 플랫폼은 환자의 다양한 유형의 생검 샘플을 주의 깊게 모니터링할 수 있는 고유한 수단을 제공하여 고정밀 암 검출의 길을 열어줄 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 2023년 6월 국제 학술지인 ‘ChemNanoMat’ (피인용지수 3.82)에 게재되었다.
□ "Advances in Functionalized Nanomaterial-incorporated Biosensing Platforms for Detecting Cancer Biomarkers during Biopsies“ (ChemNanoMat 2023, e202300092).
전기방사법을 활용한 전이금속 기반
이종 구조 촉매 개발 및 수전해 성능 향상
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀 (주저자: 수렌드란 박사)이 전기방사법을 활용하여 황, 질소가 도핑된 탄소 나노 섬유에 내장된 이종 구조의 코발트-니켈 산화물을 합성하여 비귀금속 기반의 저비용 고효율 전기촉매로 최적화하였다고 29일 전했다.
전기화학적 물분해는 미래의 지속 가능한 에너지로 인정받고 있는 친환경 수소를 생산하는 친환경적인 방법으로 기존에는 수전해 시 발생되는 과전압을 줄이기 위해 백금, 루테늄 등의 귀금속 촉매를 사용했다. 전기화학 물분해 시스템의 비용, 운영 효율성 및 장기적인 내구성은 전기촉매의 선택에 따라 크게 달라진다. 따라서 효율적이고 지속 가능한 물분할 시스템을 구축하기 위해서는 우수한 촉매 설계 전략을 개발하는 것이 중요하다.
연구팀은 황이 풍부한 Co-NiO 헤테로구조를 전기방사법으로 질소가 풍부한 탄소 나노섬유에 캡슐화시켜 비귀금속 촉매 (SCNO@N-CNF)를 제작하였다. 니켈 산화물의 우수한 전기화학 활성을 기반으로 3방향 산화 환원 활성 중심, 즉 전자 재분배 활성 Co-NiO 계면, 전자 밀도가 변형된 황-도펀트 사이트, 질소가 풍부한 다공성 탄소나노섬유 매트릭스 구조로 인해 제조된 전기 촉매의 산소 발생 반응(OER) 및 수소 발생 반응(HER) 성능이 향상되었다. 또한, SCNO@N-CNF는 전체 전기화학적 물분해에서 이원적 전기촉매로 분석되었으며, 1.58 V에서 10 mA cm-2를 나타냈다.
본 연구는 단일 전기촉매에 다중 활성 소자를 설계 및 엔지니어링하는 것으로 효율적이고 지속 가능한 물분해 시스템을 구축하기 위한 효과적인 접근 방식을 제시하여 Advanced Materials Technologies (피인용지수 6.8)에 개제되었다.
□ Sulphur Assisted Nitrogen-rich CNF for Improving Electronic Interactions in Co-NiO Heterostructures towards Accelerated Overall Water Splitting (https://doi.org/10.1002/admt.202200572)
출처: https://m.ekn.kr/view.php?key=20230828010007276
고효율·저비용 수소생산을 위한 고엔트로피 합금 촉매의 이론적 평가와 최신 연구 동향 및 전망 제시
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀 (주저자; 임세진 공학석사, 공동교신저자; 이현정 박사)은 고엔트로피 합금 재료의 이론적 평가와 이를 수소 발생 반응의 촉매로 적용한 최신 연구 동향 및 전망을 제시했다고 23일 전했다.
전기화학적으로 수소를 생산하는 수전해 기술은 전 세계적인 지구온난화 및 기후위기로 인한 탄소중립의 중요성이 부각됨에 따라 주목받고 있다. 우리나라 역시 한국형 뉴딜 2.0 추진 계획(&21.7), &2050 탄소중립 추진전략& (&20.12), &탄소중립 기술혁신 추진전략& 등을 통해 수소 에너지 활용과 보급을 늘리는 공격적인 계획을 발표한 바 있다. 초저가 고효율 그린청정수소 생산을 위해 수전해 시스템은 경제성, 높은 운전 전류 밀도 그리고 낮은 전력 소모량을 필수 요건으로 갖추어야 하지만, 상용 수전해용 전극의 경우 백금 기반의 소재라는 점에서 전체 시스템의 가격에 많은 영향을 미쳐 가격경쟁력을 갖춘 전극 개발이 필요한 실정이다.
본 연구에서는 5가지의 구성원소를 포함하는 고용체(solid solution)인 고엔트로피 합금에 대한 이론적 평가와 고엔트로피 특성에서 기인한 4가지 효과(high entropy, lattice distortion, cocktail, sluggish diffusion)에 대해 설명하였다.
이러한 특유의 효과로 인해 고엔트로피 합금은 기존 합금에 비해 생산량과 선택성을 향상시키고 뛰어난 장기 안정성을 나타내며 촉매의 활용 용도에 맞게 합금의 조성을 구성하여 활성점을 변경할 수 있다는 장점이 있음을 밝혔다.
또한 고엔트로피 합금을 수소 발생 촉매로 이용한 최신 연구 동향을 통해 향후 귀금속 촉매를 대체할 새로운 패러다임의 비귀금속 촉매로 고엔트로피 촉매의 전망을 제시하였다.
본 연구 결과는 2023년 6월 국제 학술지인 ‘Current Opinion in Electrochemistry’ (피인용지수 8.5)에 게재되었다.
□ "High entropy alloy: From theoretical evaluation to electrocatalytic activity of hydrogen evolution reaction" (Current Opinion in Electrochemistry 2023, 39, 101293) (https://doi.org/10.1016/j.coelec.2023.101293)
촉매활성을 극대화시킨 2D/2D 헤테로 구조 촉매 개발
(수전해 시스템의 비용절감과 효율 향상 기대)
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀 (주저자; 수브라마니 수렌드란 박사, 최현욱, 심예린 공학석사)는 2개의 잘 정렬된 2D/2D 구조의 탄소계 전기촉매인 환원그래핀옥사이드를 갖는 흑연 질화탄소 (g-C3N4/rGO)를 정전 자기조립법으로 합성하여 완전한 물분해를 위한 전기촉매로 사용하는데 성공하였다고 9일 전했다.
2D/2D 구조의 g-C3N4/rGO 촉매는 알칼리 전해질에서 다른 2차원 구조의 물질보다 각각 낮은 수소 발생 반응 및 산소 발생 반응의 낮은 과전위와 Tafel 기울기를 보였다.
특히 g-C3N4와 rGO 사이의 내부 전계는 국부적인 pH 감소와 전자 수송에 대한 문제를 해결하는데 유리함을 밝힘으로써 내부 전기장을 유도하는 2D/2D 이종 구조가 완전한 물 분해 시스템의 성능을 효과적으로 향상시키는 고효율 무금속 전기촉매가 될 수 있음을 입증하였다.
또한 2D/2D 촉매재료의 적층 방법에 따라 환원반응에 유리하게 전기장이 걸릴수 있게 정렬하거나, 또는 산화반응에 유리하게 정렬할 수 있는 간단하면서도 촉매 성능 효과가 확실한 전략을 제시하였다.
본 연구 결과는 국제 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’ (피인용지수 16.744)에 게재되었다.
□ Enhanced Electrocatalytic Full Water-splitting Reaction by Interfacial Electric Field in 2D/2D Heterojunction (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137789)
□ Chemical Engineering Journal (2022년 6월 27일, IF 16.744)
실험계획법을 통한 니켈 인화물의 합성 및 커패시턴스, 수소 생산 성능 향상 최적화
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수(닐사이언스 대표) 연구팀 (주저자 이동규, 임재형 박사과정생)은 고효율의 전기화학 반응 촉매를 설계하기 위해 실험계획법 중 하나인 다구치 방법 (Taguchi method)를 통하여 고성능 니켈 인화물 나노입자를 합성할 수 있는 실험 인자들 간의 상관관계를 분석하여 최적화된 조건을 제시했다고 26일 전했다.
기존의 재료 데이터를 통해 결과를 분석하는 방법과는 달리 실험계획법은 다양한 인자들과 그 결과에 따른 상관 분석을 통해 더 적은 실험을 통해서 최적의 결과를 얻을 수 있는 방법으로 알려져 있다.
이를 활용하여 본 연구에서는 다양한 변수를 적용하고 전기화학 반응 결과와의 상관관계를 규명하여 최적화된 전기화학 반응을 예측하였으며, 전기화학 반응에 최적이 되는 전기 촉매의 합성 조건을 얻을 수 있었다.
본 연구결과는 추후 연구를 기반으로 하는 산업 분야에서 우수한 결과를 이끌어내는데 필요한 변수와 결과의 상관관계를 미리 분석하여 결과 도출을 위한 비용을 효과적으로 줄일 수 있는 최적화된 연구 방법을 제시하였고, 소재 합성 뿐만 아니라 전기화학적 응용분야에서 사용될 수 있는 가능성을 보여주었다.
이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘MATERIALS TRANSACTIONS’에 게재되었다.
□ Design of Experiments (DoE)-Based Optimization of Synthetic Processes in Nickel Phosphides for High-Performance Electrochemical Application (10.2320/matertrans.MT-MB2022011)
슈퍼 커패시터 전극 재료로의 전이 금속 질화물 재료 연구 동향 및 전망 제시
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀(공동주저자; Shivraj Mahadik 박사과정생, Surendran Subramani 박사, 김준영 박사)은 전이 금속 질화물 기반 슈퍼 커패시터와 관련한 연구 성과를 최근 발표했다.
과학 기술이 빠르게 발달함에 따라 고성능이면서 작고 착용 가능한 전기 디바이스에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 슈퍼 커패시터, 연료전지, 배터리 같은 고성능 에너지 저장 장치가 유망한 미래 에너지 저장 장치로 거론된다.
슈퍼 커패시터는 기존 커패시터와 배터리 사이의 간극을 메우는 에너지 저장 장치로 배터리와 연료전지에 비해 높은 전력 밀도, 빠른 충방전 및 길고 안정한 충방전 사이클 수명을 지닌 전기화학 커패시터로서 연구가 활발히 이루어지고 있으나 이를 포괄하는 동향에 대한 논의는 부족한 실정이다.
슈퍼 커패시터의 전극 재료로써 탄소계 물질, 금속 산화물, 고분자 등의 소재가 연구되는 가운데, 최근 전이 금속 질화물이 전자 구조, 전기 전도성, 화학적 안정성, 층상 구조로 인해 큰 관심을 받고 있다. 전이 금속 질화물은 안정성, 에너지 및 전력 밀도, 수명 면에서 유망한 특성을 나타낼 것으로 기대되는 고유의 층상 구조를 가질 뿐 아니라 전기 전도성도 우수하여 에너지 저장 측면에서 엄청난 잠재력을 제공하는 물질이다.
또한 전이 금속 질화물의 전자 구조는 화학적, 물리적 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.
최적화된 특성과 원하는 기능을 구현하기 위해서는 이종원자 도핑, 이종 구조 형성, 여러 전이 금속을 질화물 구조에 통합하는 등 물질의 전자 구조를 변경하는 것이 필수적으로, 이러한 전략은 특정 응용 분야에 맞게 전이 금속 질화물의 전자 특성을 향상하고 맞춤화하는 것을 목표로 한다.
연구팀은 간단하고 효과적인 개선 방법을 도입함으로써 향후 슈퍼 커패시터 개발에 큰 영향을 미칠 것으로 예상하며 전이 금속 질화물 계열의 슈퍼 커패시터 연구들을 리뷰하고, 전이 금속 질화물의 도전 과제와 전망에 대한 방향성을 제시하였다.
본 연구 결과는 국제 저명 학술지 &Journal of Materials Chemistry A&(피인용지수 14.511)에 표지 논문으로 게재되었다.
□ Syntheses and electronic structure engineering of transition metal nitrides for supercapacitor applications (https://doi.org/10.1039/D2TA02584A)
□ Journal of Materials Chemistry A (Front Cover, 2022년 6월 6일, IF 14.511)
고에너지-고출력 배터리커패시터용 음극재 개발
(나트륨 이온 기반 에너지 저장 산업 활성화 기대)
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수(닐사이언스 대표) 연구팀 (주저자 박지현 공학석사)은 고에너지-고출력 밀도를 달성하는 나트륨 이온 하이브리드 커패시터의 음극재 개발에 성공했다고 23일 전했다.
본 연구에서는 높은 이론 용량을 보이는 니켈 전이금속 인화물(Ni2P)과 폴리아크릴로나이트릴 (PAN)을 전기방사하여 3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 구조체를 제작하고 나트륨 이온 하이브리드 커패시터의 음극재로 사용하였다.
3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 음극재는 니켈 인화물 음극재와 비교하여 높은 나트륨 이온 확산성을 제공하여 충방전 주기 안정성이 46%에서 80%로 향상되었다.
또한 리튬을 대체할 수 있는 차세대 물질인 나트륨 기반의 저장 장치에서 구동하는 니켈 기반의 하이브리드 커패시터 음극재로써 기존 리튬 음극재 대비 경제적이며, 136 Wh/kg 및 16.3 kW/kg의 높은 에너지와 출력 밀도를 구현하는 데 성공하였다.
본 연구에서 개발된 3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 구조체 기반 하이브리드 커패시터 음극재는 기존 리튬 이온 배터리의 편의성과 우수한 에너지 특성을 구현함과 동시에 가장 큰 결점인 안정성 문제를 해결하였으며, 나트륨 이온 기반의 차세대 에너지 저장 장치에 대한 가능성을 제시했다.
이번 연구 결과는 2023년 4월 국제 학술지인 &Electrochimica Acta& (피인용지수 7.336)에 게재되었다.
□ "Boosting Ion Diffusion at Ni2P@3D Nanostructure Carbon Network Interface for Superior and Durable Sodium-Ion Hybrid Capacitor" (Electrochimica Acta 2023, 453, 142363)
동백꽃 유래 다기능 촉매 및 슈퍼 커패시터 개발
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀은 자연에서 얻을 수 있는 동백꽃을 원료로 활용한 수전해 목적의 다기능 바이오 촉매 및 슈퍼 커패시터 개발에 성공했다고 29일 전했다.
촉매의 활성도를 증가시키기 위해서 많은 연구진들이 황 (Sulfur)를 촉매에 도핑하려는 연구가 많이 보고되고 있다. 이에 반해, 심욱 교수 연구팀은 인공적으로 황을 첨가하여 도핑하는 것이 아닌 동백꽃 자체적으로 함유된 황에 의해서 촉매의 전자전달성 및 내구성을 향상시킬 수 있다고 보고하였다.
본 연구에서는 동백꽃에 함유된 자체 황을 이용해 황 도핑 바이오매스 기반 전기 촉매를 개발하였고, 이는 수전해 및 슈퍼 커패시터 다기능 촉매로 사용 가능함이 입증되었다. 동백꽃에 함유된 고유의 황은 열처리시 실시간 자가 도핑을 촉진하여 촉매의 전하 전달 능력과 장기 내구성을 크게 향상시켰다.
수전해의 경우 10 mA/cm2에서 154 mV와 362 mV의 수소 및 산소 생산 반응 과전압을 보였다. 슈퍼 커패시터의 경우 1 M KOH 전해질에서 2 A/g에서 125.42 F/g의 비정전용량과 높은 주기 안정성을 보였다. 또한, 0 ~ 1.6 V의 넓은 전압 범위에서의 대칭형 하이브리드 슈퍼 커패시터 장치 구동 시 1600 W/kg의 전력 밀도에서 34.54 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 나타내었다.
본 연구를 통한 바이오매스 원료 기반 촉매는 에너지 전환 및 저장 장치에 대한 좋은 잠재력을 지녔을 뿐만 아니라 폐기되는 바이오매스를 효율적으로 재활용할 수 있다는 가능성을 제시함으로써 소재 개발에 새로운 시각으로 접근할 수 있는 친환경적이며 미래지향적인 기술로 평가된다.
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 &Carbon Energy (피인용지수 21.556)&에 게재되었다.
□ A sulfur self-doped multifunctional biochar catalyst for overall water splitting and a supercapacitor from Camellia japonica flowers,Carbon Energy (IF 21.556)
고 내식 알루미늄 합금 개발
(알루미늄 기반 재료 산업 활성화 기대)
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수와 및 임재형 박사과정 연구팀은 높은 내식성을 가진 알루미늄 기반 합금의 개발에 성공했다고 16일 전했다.
알루미늄 합금은 저밀도, 기계적 고강도, 용이한 가공성으부분로 전자기기 제작과 같은 다양한 산업에 사용되고 있을 뿐 아니라 우수한 내식성으로 해수 속에서도 많이 사용되고 있다.
특히 상업용 Al1070 물질은 알루미늄이 99% 이상인 합금으로 주로 파이프 형태로 만들어져 자동차 부품 및 고압 주조용 파이프 등으로 사용된다.
그러나 Al1070와 같은 알루미늄 합금은 공식부식의 형태로 국부적인 부식이 진행되기 때문에 균일부식이 진행되는 다른 합금보다 부식 속도가 빠르다는 단점이 있어 장기간 사용에 어려움이 있다.
고내식성 합금은 해수 등으로 인해 발생하는 파이프의 부식으로 인한 교체 주기를 획기적으로 늘릴 수 있는 물질로, 본 연구에서는 상업적으로 사용되고 있는 Al1070 합금에 Mg 및 Zn을 소량 첨가하여 기존의 Al1070 합금보다 부식 전압 및 부식 전류를 크게 개선하였으며 부식에 대한 수명을 3.5배 증가시키는 데 성공하였다.연구의 결과는 기존의 합금에 소량의 물질을 첨가하는 방법을 통해 내식성을 크게 향상할 수 있는 손쉬운 방법을 제시함으로써 미래 고 내식 합금 연구에 큰 영향을 끼칠 것으로 기대한다.
이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘Materials Advances’의 표지 논문으로 게재되었다.
□ Controlled optimization of Mg and Zn in Al alloys for improved corrosion resistance via uniform corrosion (https://doi.org/10.1039/D1MA01220G)
□ Materials Advances, Front Cover Article (2022년 4월 22일)
태양광 흡수 스펙트럼을 확장시키는 광전기화학 촉매 개발
[가시광선과 근적외선을 에너지로 이용]
심욱 교수 (한국에너지공과대학교, ㈜닐사이언스 대표) 연구팀은 광범위한 태양광 스펙트럼을 흡수하고 전하 분리가 우수한 광전기화학 촉매 개발에 성공하였다.
광범위한 태양광 스펙트럼을 효율적으로 사용하기 위해 가시광선 영역을 흡수할 수 있는 ZnFe2O4(ZFO)와 근적외선 광 흡수가 가능한 상향변환 나노입자 (UCNP)를 사용하여 새로운 이종접합 광촉매를 설계하고, 티타늄 산화물 (TiO2) 나노구조체에 드롭-캐스팅하여 새로운 광전극을 제작하였다. TiO2와 ZFO는 각각 자외선과 가시광선 흡수에 용이한 광촉매 물질로 사용되고 있으며, 두 물질의 이종접합을 통해 광전기화학 반응의 효율을 향상할 수 있다. 하지만 위 광촉매와 같이 널리 사용되는 광전극 물질들은 주로 자외선과 가시광선을 사용하여 태양광 스펙트럼의 약 48%를 사용할 수 있을 뿐, 그 외의 적외선 영역에 해당하는 약 52%는 광전기화학을 위한 에너지원으로 사용하기 어려운 단점이 있다. 이에 본 연구팀은 적외선 영역을 광전기화학 반응에 적용하기 위해 적외선을 흡수하여 높은 에너지의 파장을 방출하는 상향변환 나노입자 (UCNP)를 사용함으로써 광전기화학 시스템에 더욱 넓은 영역의 태양광 스펙트럼을 활용하였다.
UCNP-ZFO/TiO2 광전극은 단일 TiO2 광전극에 비해 3배 향상된 광전류 밀도와 4.1배 높은 광자-전류 효율을 보였고, TiO2에 UCNP과 ZFO를 각각 별개로 이용하여 제작한 광전극에 비해 낮은 전하 이동 저항과 높은 전하 밀도를 나타내었다. 이는 TiO2 광양극에서 UCNP와 ZFO의 조합이 근적외선광과 가시광의 시너지 활용으로 인해 광전기화학적 성능을 크게 향상시켰음을 의미한다. 광전기화학 시스템에 있어서 적외선은 낮은 에너지로 인해 활용이 어렵다는 단점을 UCNP 활용으로 극복하여 태양광의 사용 효율을 높였다.
본 연구를 통해 태양광의 흡수 스펙트럼을 확장하는 전략은 태양 에너지 변환 효율을 개선하고 광전기화학 응용 성능을 향상시켜 태양광-연료 변환 분야에서 고효율 응용이 가능함을 제시하였다.
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal (피인용지수 16.744)’에 게재되었다.
□ Expanded solar absorption spectrum to improve photoelectrochemical oxygen evolution reaction: Synergistic effect of upconversion nanoparticles and ZnFe2O4/TiO2 ,Chemical Engineering Journal (IF 16.744)
(https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135503)
출처: https://www.ekn.kr/web/view.php?key=20230427010007147
심욱 교수 연구팀, 고에너지-고출력 배터리커패시터용 음극재 개발
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수(닐사이언스 대표) 연구팀 (주저자 박지현 공학석사)은 고에너지-고출력 밀도를 달성하는 나트륨 이온 하이브리드 커패시터의 음극재 개발에 성공했다고 23일 전했다.
본 연구에서는 높은 이론 용량을 보이는 니켈 전이금속 인화물(Ni2P)과 폴리아크릴로나이트릴 (PAN)을 전기방사하여 3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 구조체를 제작하고 나트륨 이온 하이브리드 커패시터의 음극재로 사용하였다.
3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 음극재는 니켈 인화물 음극재와 비교하여 높은 나트륨 이온 확산성을 제공하여 충방전 주기 안정성이 46%에서 80%로 향상되었다.
또한 리튬을 대체할 수 있는 차세대 물질인 나트륨 기반의 저장 장치에서 구동하는 니켈 기반의 하이브리드 커패시터 음극재로써 기존 리튬 음극재 대비 경제적이며, 136 Wh/kg 및 16.3 kW/kg의 높은 에너지와 출력 밀도를 구현하는 데 성공하였다.
본 연구에서 개발된 3차원 니켈 인화물@탄소나노섬유 구조체 기반 하이브리드 커패시터 음극재는 기존 리튬 이온 배터리의 편의성과 우수한 에너지 특성을 구현함과 동시에 가장 큰 결점인 안정성 문제를 해결하였으며, 나트륨 이온 기반의 차세대 에너지 저장 장치에 대한 가능성을 제시했다.
이번 연구 결과는 2023년 4월 국제 학술지인 ‘Electrochimica Acta’ (피인용지수 7.336)에 게재되었다.
상온, 상압에서 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매 개발
[에너지경제신문 박성준 기자] 심욱 교수(한국에너지공과대학교, 닐사이언스 대표) 연구팀은 상온-상압에서 전기화학적 질소환원반응을 통한 암모니아 생산용 비귀금속 촉매인 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매를 개발했다고 17일 전했다.
본 연구에서는 티타늄 산화물 계면제어를 위해 질소 함침 탄소 코팅 기술을 적용하여 Nitrogen-impregnated carbon-coated TiO₂ nanoparticles (N-C coated TiO₂)를 개발하였다.
연구팀이 개발한 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매는 전기화학적 질소 환원 반응을 통한 높은 암모니아 생산 수율 (5.302 μg·h-1cm-2)을 보고했으며, 이는 질소 함침 탄소 코팅이 적용되지 않은 티타늄 산화물 보다 높은 질소-암모니아 전환 성능을 보여주는 결과이다.
연구팀은 다양한 분석법을 도입하여 질소가 함침된 탄소 코팅이 티타늄 산화물의 환원 조건에서의 낮은 안정성을 극복하고 전해질과 촉매 계면사이를 안정화 및 우수한 전하 전달을 유도하여 전체적인 촉매의 전기화학적 활성을 극대화 할 수 있음을 확인하였다.
또한 촉매의 계면제어를 통한 전하전달 성능 향상 및 질소 환원 성능 극대화 방법을 제시하였다. 본 연구에서 개발한 계면제어 방법은 전기화학적 질소 환원 반응뿐만 아니라 수전해, 이산화탄소 환원, 연료전지 등 다양한 전기화학적 에너지 변환 시스템에 적용될 수 있다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘Materials Letters’에 게재되었다.
수소를 포함한 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하겠다
□ 심욱 교수는 “본 촉매를 로딩한 전극을 아연공기전지의 양극에 사용하여 산소 산화/환원 반응 효율을 극대화 시켰다”면서 “이를 통해 기존에 충·방전 효율이 낮았던 아연공기전지의 한계를 극복하고 500회 이상의 충방전 테스트에서도 성능이 감소하지 않는 결과를 확보할 수 있었다”고 부연했다. 실제로 심 교수팀은 개발한 촉매가 실제 산업 필드에 나갔을 때 기존 상용 촉매보다 얼마나 성능이 우수한지 검증하기도 했다. 이를 통해 물질의 구조, 성분, 물리화학 및 전기적 특성에 대한 부분에서 실제 상용화와는 약간의 거리감이 있다는 판단한 심 교수팀은 이를 해결하기 위하여 촉매를 탑재한 전극을 기본으로 막전극집합체(membrane electrode assembly), 쌍전극판(bipolar plate), 경판(end plate) 등 수전해 스택 부품 전체에 걸쳐 연구를 시작, 현재 시간당 수소 및 산소 발생량, 수소 생산 효율, 수소 1 kg에 드는 시간당 전력량까지 계산하며 촉매에서 모듈까지 연구 영역을 확장하여 실제 상용화를 위한 노력을 기울이고 있는 중이다.
□ (2023년 04월 06일)
http://www.newsmaker.or.kr/news/articleView.html?idxno=138860
반응 선택성 개선을 통한 전기화학적 암모니아 산화 반응 및 수소 발생 향상
□ 심욱 교수 (수소에너지, 에너지공학부) 연구팀은 효율적인 암모니아의 수소화를 위해 반응 선택성 개선을 통한 전기화학적 암모니아 산화 반응 효과를 높인 연구 결과를 확보하였다.
□ 전기화학적 암모니아 산화에 대하여 촉매 반응 과정에서 필연적으로 암모니아 산화 반응과 더불어 산소 발생 반응이 경쟁 반응으로 발생한다. 반응 속도와 직접적 연관성이 있는 암모니아와 물 분자 사이의 표면 흡착 경쟁 과정에 있어 암모니아 산화 반응에 효과를 나타내는 인화 니켈을 합성 과정에서 질소 도핑된 탄소를 함께 형성하였으며, 질소 도핑된 탄소에 의해 전체적인 촉매의 물 분자 흡착 에너지보다 안정된 암모니아 흡착 에너지를 갖게 된다. 최종적으로 암모니아 흡착이 더 우세하게 나타남으로 인해 전기화학적 암모니아 산화 반응 효과가 개선되었다. 개선된 암모니아 산화 반응을 바탕으로 수소 발생량 또한 비약적으로 증가되었다.
□ 본 연구를 통해 촉매의 조성 및 구조를 바탕으로 한 반응 선택성 개선 가능성을 확인하였으며, 앞으로 타겟 촉매 반응에 대한 효율을 개선하기 위한 효과적인 접근 방향성을 제시하였다.
□ Meticulous Integration of N and C Active Sites in Ni2P Electrocatalyst for Sustainable Ammonia Oxidation and Efficient Hydrogen Production
□ Chemical Engineering Journal, (2023년 03월 05일, IF 16.744)
배위 착화물을 이용한 전기화학적 암모니아 생산 촉매의 활성점 개선
□ 심욱 교수 (수소에너지, 에너지공학부) 연구팀은 촉매 표면 배위 착화물 제어를 통한 전기화학적 암모니아 생산 효율을 개선한 연구 결과를 확보하였다.
□ 촉매 표면의 배위 착화물은 전기화학적 암모니아 생산 반응에서 외부 오염물로 취급되어 이를 제거하는 표면 산처리 공정이 필수적으로 요구되었다. 그러나 본 연구를 통해 배위 착화물 또한 전기화학적 암모니아 생산에 필요한 활성점으로 작용할 수 있다는 것을 실험적, 이론적 결과를 통해 밝혀졌다.
□ 본 연구에서는 배위 착화물이 촉매 표면에 결합된 촉매와 인위적으로 제거한 촉매의 전기화학적 암모니아 생산량을 비교하고, 동위원소 시험을 통해 배위 착화물이 암모니아로 변환되는 양과 질소가 환원되어 암모니아로 생성되는 비율을 관측하고 탄소 활성점이 질소의 흡착을 극대화하여 암모니아 생산 효율을 높일 수 있음을 증명하였다.
□ Paradox of Thiourea: A False-Positive and Promoter for Electrochemical Nitrogen Reduction on Nickel Sulfide Catalysts
(https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122485)
□ Applied Catalysis B: Environmental, (2023년 02월 17일, IF 24.319)
수소 및 고부가가치 물질 생성을 위한
하이브리드 수전해 연구 동향 및 전망 제시
□ 심욱 교수 (수소에너지, 에너지공학부) 연구팀은 하이브리드 수전해 연구에 대한 최신 연구 동향 및 전망을 제시하였다. 수소 뿐만 아니라 기존 산소 발생 반응을 대체한 고부가가치 물질 생성까지 다양한 응용에 대한 연구를 소개한다.
□ 기존의 물 전기 분해 방법은 음극에서 수소 발생 반응을, 양극에서 산소 발생 반응을 일으켜야 하는데, 산소 발생 반응은 느린 4 전자 전달 경로를 거치기 때문에, 반응을 구동하기 위해 높은 전위가 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 하이브리드 수전해 기술은 양극에서 기존 산소 발생 반응을 양극 산화 반응으로 대체하여 상대적으로 낮은 전위에서 고부가가치 화합물을 생성할 수 있다.
□ 본 연구 동향 보고에서는 하이브리드 수전해 기술의 장점에 대해 소개하며, 귀금속/비귀금속 기반의 전기 촉매의 최근 개발과 다양한 전해질에서 양극 반응 및 해당 활성에 대한 조사를 정리하여 보고하였다. 이 밖에도 하이브리드 수전해 성능에 영향을 미치는 전해질, 전해액 첨가제, 경쟁반응 억제전략의 연구 동향도 소개하며, 전통적인 수전해 방식을 뛰어 넘어 앞으로의 차세대 수전해 기술에 대한 전망을 제시하였다.
□ Hydrogen and Value-Added Products Yield from Hybrid Water Electrolysis: A Critical Review on Recent Developments
(https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113227)
□ Renewable and Sustainable Energy Reviews (2023년 2월 accepted, IF 16.799)
이종 촉매의 계면 제어를 통해 전기화학적 암모니아 생산 효율 증대
□ 심욱 교수 (수소에너지, 에너지공학부) 연구팀은 질화물-탄화물 몰리브데넘의 계면을 제어하고 전기화학적 암모니아 생산 효율을 개선한 연구 결과를 확보하였다.
□ 질소는 낮은 반응성에 기인한 높은 안정성으로 실생활에 널리 쓰이는 기체이다. 그러나 질소를 전기화학적 방법을 이용해 암모니아로 변환하기 위해서는 높은 안정성이 불리하게 작용하여, 이를 극복하기 위해 질소를 효과적으로 흡착할 수 있는 촉매의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 몰리브데넘 질화물과 탄화물의 비율을 달리하고 두 물질이 만나는 계면의 범위를 제어하여 질소의 흡착성을 개선하고 암모니아의 생산 효율을 높였다.
□ 탄화 몰리브데넘의 질화 공정에 의해 표면 질소의 결합이 발생하여 반응성이 증가되었고, 질화물의 치환을 통해 암모니아의 반응 속도가 가속화되는 결과를 확인하였다. 촉매의 표면 결합과 계면의 범위를 제어하는 전략을 통해 수소의 부속반응이 억제되고 질소 흡착 능력이 개선되어 우수한 암모니아 생산 효율을 확보할 수 있었다.
□ Promoting electrochemical ammonia synthesis by synergized performances of Mo2C-Mo2N heterostructure
(https://doi.org/10.3389/fchem.2023.1122150)
□ Frontiers in Chemistry, (2023년 02월 16일, IF 5.545)
암모니아 합성 및 금속-질소 배터리 응용을 위한 전기화학적 질소 환원 반응 연구 동향 및 전망 제시
□ 심욱 교수 (수소에너지, 에너지공학부) 연구팀은 김태훈 교수 (전남대학교), 김정규 교수팀 (성균관대학교)과의 공동 연구를 통해 전기화학적 질소 환원 반응에 대한 최근 연구 동향 및 전망을 제시하였다. 이 밖에도 암모니아 합성부터 금속-질소 배터리까지 다양한 응용에 대한 연구를 소개한다.
□ 암모니아는 지속 가능한 녹색 미래를 위한 대체 연료 자원으로 주목 받고 있다. 일반적으로 암모니아를 생산하기 위해서는 하버-보슈 방법을 사용하여 수소와 질소를 고압에서 촉매 반응을 일으키는 방법을 적용하고 있다. 하지만 하버-보슈 방법을 사용하면 에너지 소비 및 탄소 배출량이 많아 생산 방식의 변화가 필요하다. 최근 전기화학적 질소 환원 반응(NRR, Nitrogen Reduction Reaction)으로 암모니아를 생산하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있지만 NRR용 고효율/고내구 전기 촉매의 부재로 인해 산업 규모에 도달하지 못하고 있다.
□ 본 연구 동향 보고에서는 NRR 메커니즘, 주요 측정 기준 및 NRR 전기화학의 구동 방식이 소개되며, 이어서 효율적인 NRR을 위한 전기촉매 설계에 대해 소개한다. 이밖에도 NRR 성능에 영향을 미치는 전해질, 전해액 첨가제, 경쟁반응 억제전략의 연구 동향도 소개하며, 암모니아 합성 응용을 넘어 금속-질소 전지의 전망에 대한 방향성을 제시하였다.
□ Pathways of Electrochemical Nitrogen Reduction Reaction: From Ammonia Synthesis to Metal-N2 Batteries
□ Electrochemical Energy Reviews (2022년 12월 accepted, IF 32.804)
촉매 표면 습윤성 조절을 통한
전기화학적 암모니아 생산 효율 개선
□ 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀은 조훈성 교수 (전남대학교), 정선엽 교수팀 (단국대학교)과의 공동 연구를 통해 촉매 표면 습윤성 조절을 통한 전기화학적 암모니아 생산 효율을 개선한 연구 결과를 확보하였다.
□ 촉매 표면의 습윤성을 조절하게 되면 암모니아 합성의 재료로 사용되는 질소의 흡착을 용이하게 할 수 있으며, 부반응인 수소 발생 반응도 억제할 수 있는 연구 결과를 확보하였다. 또한 계산유체역학 시뮬레이션을 통해 촉매 표면의 습윤성 변화에 따른 질소 가스의 표면 잔류 시간을 확인하고, 소수성이 증가함에 따라 표면 잔류성이 증가하는 연구 결과도 확인하였다.
□ 본 연구를 통해 촉매의 조성 및 구조 뿐만 아니라 촉매 표면의 습윤성도 촉매의 성능에 중요한 영향을 미치는 주요 인자임을 확인하였고, 앞으로 촉매 효율을 개선하기 위한 효과적인 접근 방식으로 활용을 기대한다.
□ Manipulating wettability of catalytic surface for improving ammonia production from electrochemical nitrogen reduction (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.11.052)
□ Journal of Colloid and Interface Science, (2022년 11월 17일, IF 9.965)
3D 프린터용 니켈 합금 분말의
유동성/퍼짐성 향상 메커니즘 규명
□ 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀은 양상선 박사 (재료연구원), 김태훈 교수팀 (전남대학교)과의 공동 연구를 통해 3D 프린팅에 사용하는 니켈 합금 분말의 유동성/퍼짐성 향상 메커니즘을 규명하였다.
□ 3D 프린팅에 사용하는 분말의 유동성 및 퍼짐성 개선은 일정하게 반응물을 공급하여더 나은 프린팅 결과물을 확보하기 위해 필수적이다. 니켈 합금 분말(Inconel 718, IN718)의 표면 형태 및 조성을 최적화 하여 유동성을 향상시킬 수 있었으며, 추가적으로 옥살산 처리를 통해 IN718 마이크로구체의 표면 개질에 의해 분말의 유동성 및 퍼짐성이 개선되었다.
□ 옥살산 처리 후 탄화 공정에 의해 IN718 표면 에너지 및 표면 거칠기의 변화를 관찰하였고, 표면 에너지 감소 및 표면 거칠기의 증가, 그리고 표면에서의 화학 조성 변화에 의해 3D 프린팅에 투입되는 반응물의 유동성 및 퍼짐성이 개선되었고, 이를 통한 인쇄물의 품질이 개선되는 결과를 확보할 수 있었다.
□ Mechanism of Enhanced Flowability/Spreadability in 3D Printed Ni Alloy Powder (https://doi.org/10.1016/j.powtec.2022.118198)
□ Powder Technology, (2022년 12월 22일, IF 5.64)
KENTECH, 美 MIT와 에너지 분야 연구 협약 체결
한국에너지공과대학교(KENTECH)와 미국 매사추세츠공과대학교 에너지 이니시어티브 (MITEI)가 지난달 29일 미국 캠브리지 시에서 에너지 분야 교육 및 연구 협력을 위한 협정을 체결했다. MITEI는 MIT의 에너지 분야 교육, 연구 및 사회봉사의 허브이다.
KENTECH과 MIT는 에너지 분야에서 광범위한 협력을 위해 향후 3년 동안 에너지 분야 학생 교환 프로그램 운영을 위한 협력, 학생 인턴십, 프로젝트 등의 공동 수행, 인적 교류 프로그램의 운영, 공동 세미나, 워크숍, 컨퍼런스 등의 분야에서 협력할 예정이다.
이번 협정을 계기로 KENTECH 학부생들은 MIT의 에너지 분야 학부생연구원 프로그램에 참여할 수 있으며, MIT 학부생들은 KENTECH을 포함해 한국의 에너지분야 연구소 및 기업 인턴십 프로그램에 참여할 수 있다.
(https://www.joongang.co.kr/article/25122313)
"The MIT Energy Initiative (MITEI) has forged an agreement with the Korea Institute of Energy Technology (KENTECH) to establish a joint framework to educate students of MIT and KENTECH in pursuit of the energy transition. The agreement was signed on the MIT campus on November 29, 2022 by MITEI Director and Chevron Professor of Chemical Engineering Robert C. Armstrong and KENTECH Founding President Euijoon Yoon."
from MITei MEMBER NEWS(Link)
한국에너지공과대학교 연구진, 동백꽃 유래 다기능 촉매 및 슈퍼 커패시터 개발
(친환경적 촉매 소재 합성기술 개발)
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀은 자연에서 얻을 수 있는 동백꽃을 원료로 활용한 수전해 목적의 다기능 바이오 촉매 및 슈퍼 커패시터 개발에 성공했다고 29일 전했다.
촉매의 활성도를 증가시키기 위해서 많은 연구진들이 황 (Sulfur)를 촉매에 도핑하려는 연구가 많이 보고되고 있다. 이에 반해, 심욱 교수 연구팀은 인공적으로 황을 첨가하여 도핑하는 것이 아닌 동백꽃 자체적으로 함유된 황에 의해서 촉매의 전자전달성 및 내구성을 향상시킬 수 있다고 보고하였다.
본 연구에서는 동백꽃에 함유된 자체 황을 이용해 황 도핑 바이오매스 기반 전기 촉매를 개발하였고, 이는 수전해 및 슈퍼 커패시터 다기능 촉매로 사용 가능함이 입증되었다. 동백꽃에 함유된 고유의 황은 열처리시 실시간 자가 도핑을 촉진하여 촉매의 전하 전달 능력과 장기 내구성을 크게 향상시켰다.
수전해의 경우 10 mA/cm2에서 154 mV와 362 mV의 수소 및 산소 생산 반응 과전압을 보였다. 슈퍼 커패시터의 경우 1 M KOH 전해질에서 2 A/g에서 125.42 F/g의 비정전용량과 높은 주기 안정성을 보였다. 또한, 0 ~ 1.6 V의 넓은 전압 범위에서의 대칭형 하이브리드 슈퍼 커패시터 장치 구동 시 1600 W/kg의 전력 밀도에서 34.54 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 나타내었다.
본 연구를 통한 바이오매스 원료 기반 촉매는 에너지 전환 및 저장 장치에 대한 좋은 잠재력을 지녔을 뿐만 아니라 폐기되는 바이오매스를 효율적으로 재활용할 수 있다는 가능성을 제시함으로써 소재 개발에 새로운 시각으로 접근할 수 있는 친환경적이며 미래지향적인 기술로 평가된다.
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Carbon Energy (피인용지수 21.556)’에 게재되었다.
촉매활성을 극대화시킨 2D/2D 헤테로 구조 촉매 개발
(수전해 시스템의 비용절감과 효율 향상 기대)
□ 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀은 최희채 박사팀 (쾰른대학교), 김정규 교수팀 (성균관대)와의 공동 연구로, 2개의 잘 정렬된 2D/2D 구조의 탄소계 전기촉매인 환원그래핀옥사이드를 갖는 흑연 질화탄소 (g-C3N4/rGO)를 정전 자기조립법으로 합성하여 완전한 물분해를 위한 전기촉매로 사용하는데 성공하였다.
□ 2D/2D 구조의 g-C3N4/rGO 촉매는 알칼리 전해질에서 다른 2차원 구조의 물질보다 각각 낮은 수소 발생 반응 및 산소 발생 반응의 낮은 과전위와 Tafel 기울기를 보였다. 특히 g-C3N4와 rGO 사이의 내부 전계는 국부적인 pH 감소와 전자 수송에 대한 문제를 해결하는데 유리함을 밝힘으로써 내부 전기장을 유도하는 2D/2D 이종 구조가 완전한 물 분해 시스템의 성능을 효과적으로 향상시키는 고효율 무금속 전기촉매가 될 수 있음을 입증하였다.
□ 또한 2D/2D 촉매재료의 적층 방법에 따라 환원반응에 유리하게 전기장이 걸릴수 있게 정렬하거나, 또는 산화반응에 유리하게 정렬할 수 있는 간단하면서도 촉매 성능 효과가 확실한 전략을 제시하였다.
□ Enhanced Electrocatalytic Full Water-splitting Reaction by Interfacial Electric Field in 2D/2D Heterojunction (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137789)
□ Chemical Engineering Journal (2022년 6월 27일, IF 16.744)
태양광 흡수 스펙트럼을 확장시키는 광전기화학 촉매 개발
[에너지경제신문 박성준 기자] 심욱 교수 (한국에너지공과대학교, 닐사이언스 대표) 연구팀은 광범위한 태양광 스펙트럼을 흡수하고 전하 분리가 우수한 광전기화학 촉매 개발에 성공했다고 28일 전했다.
광범위한 태양광 스펙트럼을 효율적으로 사용하기 위해 가시광선 영역을 흡수할 수 있는 ZnFe₂O₄(ZFO)와 근적외선 광 흡수가 가능한 상향변환 나노입자 (UCNP)를 사용하여 새로운 이종접합 광촉매를 설계하고, 티타늄 산화물(TiO₂) 나노구조체에 드롭-캐스팅하여 새로운 광전극을 제작하였다.
TiO₂와 ZFO는 각각 자외선과 가시광선 흡수에 용이한 광촉매 물질로 사용되고 있으며, 두 물질의 이종접합을 통해 광전기화학 반응의 효율을 향상할 수 있다.
하지만 위 광촉매와 같이 널리 사용되는 광전극 물질들은 주로 자외선과 가시광선을 사용하여 태양광 스펙트럼의 약 48%를 사용할 수 있을 뿐, 그 외의 적외선 영역에 해당하는 약 52%는 광전기화학을 위한 에너지원으로 사용하기 어려운 단점이 있다.
이에 본 연구팀은 적외선 영역을 광전기화학 반응에 적용하기 위해 적외선을 흡수하여 높은 에너지의 파장을 방출하는 상향변환 나노입자 (UCNP)를 사용함으로써 광전기화학 시스템에 더욱 넓은 영역의 태양광 스펙트럼을 활용하였다.
UCNP-ZFO/TiO₂ 광전극은 단일 TiO₂ 광전극에 비해 3배 향상된 광전류 밀도와 4.1배 높은 광자-전류 효율을 보였고, TiO₂에 UCNP과 ZFO를 각각 별개로 이용하여 제작한 광전극에 비해 낮은 전하 이동 저항과 높은 전하 밀도를 나타내었다. 이는 TiO₂ 광양극에서 UCNP와 ZFO의 조합이 근적외선광과 가시광의 시너지 활용으로 인해 광전기화학적 성능을 크게 향상시켰음을 의미한다.
광전기화학 시스템에 있어서 적외선은 낮은 에너지로 인해 활용이 어렵다는 단점을 UCNP 활용으로 극복하여 태양광의 사용 효율을 높였다.
본 연구를 통해 태양광의 흡수 스펙트럼을 확장하는 전략은 태양 에너지 변환 효율을 개선하고 광전기화학 응용 성능을 향상시켜 태양광-연료 변환 분야에서 고효율 응용이 가능함을 제시하였다.
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal (피인용지수 16.744)’에 게재되었다.
한국에너지공과대학교 연구진, 슈퍼 커패시터 전극 재료로의 전이 금속 질화물 재료 연구결과 발표
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수 연구팀(공동주저자; Shivraj Mahadik 박사과정생, Surendran Subramani 박사, 김준영 박사)은 전이 금속 질화물 기반 슈퍼 커패시터와 관련한 연구 성과를 최근 발표했다.
과학 기술이 빠르게 발달함에 따라 고성능이면서 작고 착용 가능한 전기 디바이스에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 슈퍼 커패시터, 연료전지, 배터리 같은 고성능 에너지 저장 장치가 유망한 미래 에너지 저장 장치로 거론된다.
슈퍼 커패시터는 기존 커패시터와 배터리 사이의 간극을 메우는 에너지 저장 장치로 배터리와 연료전지에 비해 높은 전력 밀도, 빠른 충방전 및 길고 안정한 충방전 사이클 수명을 지닌 전기화학 커패시터로서 연구가 활발히 이루어지고 있으나 이를 포괄하는 동향에 대한 논의는 부족한 실정이다.
슈퍼 커패시터의 전극 재료로써 탄소계 물질, 금속 산화물, 고분자 등의 소재가 연구되는 가운데, 최근 전이 금속 질화물이 전자 구조, 전기 전도성, 화학적 안정성, 층상 구조로 인해 큰 관심을 받고 있다. 전이 금속 질화물은 안정성, 에너지 및 전력 밀도, 수명 면에서 유망한 특성을 나타낼 것으로 기대되는 고유의 층상 구조를 가질 뿐 아니라 전기 전도성도 우수하여 에너지 저장 측면에서 엄청난 잠재력을 제공하는 물질이다.
또한 전이 금속 질화물의 전자 구조는 화학적, 물리적 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.
최적화된 특성과 원하는 기능을 구현하기 위해서는 이종원자 도핑, 이종 구조 형성, 여러 전이 금속을 질화물 구조에 통합하는 등 물질의 전자 구조를 변경하는 것이 필수적으로, 이러한 전략은 특정 응용 분야에 맞게 전이 금속 질화물의 전자 특성을 향상하고 맞춤화하는 것을 목표로 한다.
연구팀은 간단하고 효과적인 개선 방법을 도입함으로써 향후 슈퍼 커패시터 개발에 큰 영향을 미칠 것으로 예상하며 전이 금속 질화물 계열의 슈퍼 커패시터 연구들을 리뷰하고, 전이 금속 질화물의 도전 과제와 전망에 대한 방향성을 제시하였다.
본 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’(피인용지수 14.511)에 표지 논문으로 게재되었다.
‘탄소-제로 암모니아 생산법’ 개발
□ 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀은 한미경 박사팀 (전남대)와의 공동 연구를 통해 광전기화학적으로 공기 중의 질소로부터 암모니아를 합성하는 새로운 개념의 촉매인 몰리브데늄황화물 나노입자/란탄계 산화물 (MoS2@La2Zr2O7) 복합혼성촉매를 개발하는데 성공하였다.
□ 암모니아는 다양한 산업분야에 널리 사용되는 화학 물질로 최근에는 연료 전지를 위한 수소 운반체로 각광받고 있다. 산업 분야에 유용한 암모니아를 생산하는 전통적인 방식인 ‘하버-보슈법’은 인류가 사용하는 전체 에너지 중 1% 이상을 사용하고, 인류가 배출하는 전체 이산화탄소의 1~2%를 차지하는 등 환경파괴 원인 중 하나로 지목되어 왔다.
□ 본 연구에서 개발한 광전기화학 촉매는 태양 에너지와 전기를 사용하는 광전기화학적 질소환원반응에서 기존 대비 2.25% 향상된 패러데이 효율과 10.4 μgh-1 cm2의 암모니아 생성 수율을 나타내었으며, 광전기화학 촉매의 활성을 개선하는 전략을 제시하였다.
□ Synergistic Interaction of MoS2 Nanoflakes on La2Zr2O7 Nanofibers for Improving Photoelectrochemical Nitrogen Reduction (https://doi.org/10.1021/acsami.2c05653)
□ ACS Applied Materials & Interfaces (2022년 7월 11일, IF 10.383)
수소 발생 반응을 위한 High Entropy 촉매 개발
(다 원소 촉매를 사용한 그린수소 생산 기대)
□ 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀은 구병진 교수팀 (단국대), 진경석 교수팀(고려대)와 공동 연구를 통해 보편적인 전기증착기술을 사용하여 백금양이 최적화된 고 엔트로피 촉매를 합성하는데 성공하였다.
□ 고 엔트로피 촉매는 5개 이상의 비귀금속군 원소를 포함하는 촉매로써 각 활성 사이트로 작용하는 원소에 대하여 활성화되는 반응이 다르기 때문에 촉매로 사용하기 유리할 뿐만 아니라, 합금으로 제작시 기계적인 특성이 우수하여 많은 관심을 받고 있다.
□ 본 연구에서는 백금-고 엔트로피 촉매가 귀금속 (백금)의 양을 줄이면서도 다중 전이 금속 원소 상호간의 시너지 효과를 통해 전기 촉매의 고유 활성을 향상시킬 수 있음을 제시하였다. 이러한 고 엔트로피 촉매의 연구는 고성능 촉매 개발에 큰 영향을 끼칠 것으로 예상한다.
□ Electrosynthesis of Low Pt-Loaded High Entropy Catalysts for Effective Hydrogen Evolution with Improved Acidic Durability
□ Advanced Materials Technologies (IF 8.856)
전기방사법을 활용한 전이금속 기반 이종 구조 촉매 개발 및 수전해 성능 향상
□ 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀은 조인선 교수팀 (아주대)와의 공동 연구를 통해 전체 물분해를 가속화하기 위한 코발트-니켈산화물의 이종 구조의 전자 상호 작용을 향상시키기 위한 황 보조 질소가 풍부한 탄소나노섬유를 제작하는데 성공하였다.
□ 친환경 녹색 수소를 생산하는 경로로 인식되는 전기화학적 물분해 시스템의 효율적인 구축 전략은 전기 촉매의 선택에 의해 크게 좌우된다. 본 연구에서는 전기방사법을 기반으로 황과 질소가 풍부한 탄소나노섬유에 내장된 이종 구조의 코발트-니켈 산화물이 산소 및 수소 발생 반응을 활성화시킴으로써 10mA/cm2의 전류 밀도에서 낮은 산소발생반응 및 수소발생반응 과전위를 보였다. 또한 제작된 촉매는 전체 전기화학적 물 분해에서 이기능성 전기촉매로 작용함을 확인하였다.
□ 단일 전기촉매에서 다중 활성 요소의 설계는 효율적이고 지속 가능한 물분해 시스템을 구축하기 위한 효과적인 접근 방식으로 기대된다.
□ Sulphur Assisted Nitrogen-rich CNF for Improving Electronic Interactions in Co-NiO Heterostructures towards Accelerated Overall Water Splitting (https://doi.org/10.1002/admt.202200572)
□ Advanced Materials Technologies (2022년 8월 31일, IF 8.856)
탄소층을 가진 Pt 나노입자의 캡슐화 전략에 대한 연구
(전략에 대한 연구를 통한 캡슐화 전략의 발전 기대)
□ 최창혁 교수팀 (포항공대)은 최근 탄소층을 가진 Pt 나노입자의 캡슐화 전략에 대한 연구를 진행하였으며, 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀이 공동연구로 참여하였다.
□ 얇은 탄소층을 가진 Pt 나노입자의 캡슐화는 양성자 교환막 연료 전지용 촉매의 내구성을 증가시키는 중요한 전략으로 각광받고 있다.
□ 본 연구에서 탄소 쉘의 견고성을 합성 및 전기화학적으로 제어하여 캡슐화한 Pt 나노입자의 성능을 살펴본 결과, 탄소 쉘이 두꺼울수록 촉매의 활성이 낮아짐을 확인하였고, 부식 등으로 인해 내부 Pt가 표면으로 노출될 경우 촉매 활성이 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 촉매 활성과 내구성을 모두 확보하기 위해 탄소층의 정확한 제어가 필수적임을 보여줌으로써 고성능 촉매 연구에 중요한 관점을 제시하였다.
□ Does the Encapsulation Strategy of Pt Nanoparticles with Carbon Layers Really Ensure Both Highly Active and Durable Electrocatalysis in Fuel Cells? (https://doi.org/10.1021/acscatal.2c01618)
□ ACS Catalysis (2022년 6월 3일, IF 13.700)
한국에너지공과대학교 연구진, 高내식 알루미늄 합금 개발
(알루미늄 기반 재료 산업 활성 기대)
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수와 및 임재형 박사과정 연구팀은 높은 내식성을 가진 알루미늄 기반 합금의 개발에 성공했다고 16일 전했다.
알루미늄 합금은 저밀도, 기계적 고강도, 용이한 가공성으부분로 전자기기 제작과 같은 다양한 산업에 사용되고 있을 뿐 아니라 우수한 내식성으로 해수 속에서도 많이 사용되고 있다.특히 상업용 Al1070 물질은 알루미늄이 99% 이상인 합금으로 주로 파이프 형태로 만들어져 자동차 부품 및 고압 주조용 파이프 등으로 사용된다.
그러나 Al1070와 같은 알루미늄 합금은 공식부식의 형태로 국부적인 부식이 진행되기 때문에 균일부식이 진행되는 다른 합금보다 부식 속도가 빠르다는 단점이 있어 장기간 사용에 어려움이 있다.고내식성 합금은 해수 등으로 인해 발생하는 파이프의 부식으로 인한 교체 주기를 획기적으로 늘릴 수 있는 물질로, 본 연구에서는 상업적으로 사용되고 있는 Al1070 합금에 Mg 및 Zn을 소량 첨가하여 기존의 Al1070 합금보다 부식 전압 및 부식 전류를 크게 개선하였으며 부식에 대한 수명을 3.5배 증가시키는 데 성공하였다.
본 연구의 결과는 기존의 합금에 소량의 물질을 첨가하는 방법을 통해 내식성을 크게 향상할 수 있는 손쉬운 방법을 제시함으로써 미래 고 내식 합금 연구에 큰 영향을 끼칠 것으로 기대한다.
이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘Materials Advances’의 표지 논문으로 게재되었다.
상온, 상압에서 질소환원을 통한 암모니아 생산용 질소가 포함된 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매 개발
□ 심욱 교수 (한국에너지공과대학교) 연구팀은 Yuvaraj 박사팀 (울산대), 김태훈 교수팀 (전남대), 김정규 교수팀 (성균관대) 과의 공동 연구를 통해 상온-상압에서 전기화학적 질소환원반응을 통한 암모니아 생산용 비귀금속 촉매인 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매를 개발하였다.
□ 유용한 산업적 가치가 있는 암모니아를 친환경적 전기화학 기반 질소환원반응으로 생산하기 위한 연구에서 높은 비용, 희소성 및 낮은 경제성이 문제가 되고 있는 귀금속 촉매를 대신하여 비귀금속 기반의 효율적인 촉매 개발이 시급한 실정이다. 티타늄 산화물 촉매는 가격 경제성이 뛰어나고 풍부하며 장기 구동 안정성과 무독성으로 인해 유망한 반도체 촉매로서 여겨지고 있다.
□ 본 연구에서 개발한 질소를 포함한 탄소로 코팅한 티타늄 산화물 촉매는 기존 티타늄 산화물 촉매의 낮은 전기전도도를 보완할 수 있으며, 우수한 촉매 활성으로 전기화학적 질소환원반응을 통한 높은 암모니아 생산 수율 (5.302 μg·h-1cm-2) 및 2.46% 향상된 패러데이 성능을 나타내어 고효율 질소환원전극을 제작 가능성을 입증하였다.
□ Nitrogen-impregnated carbon-coated TiO2 nanoparticles for N2 reduction to ammonia under ambient conditions (https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.131808)
□ Materials Letters (2022년 1월 31일)
심욱 교수 연구팀, 실험계획법을 통한 니켈 인화물의 합성 및 커패시턴스, 수소 생산 성능 향상 최적화
[에너지경제신문 박성준 기자] 한국에너지공과대학교 심욱 교수(닐사이언스 대표) 연구팀 (주저자 이동규, 임재형 박사과정생)은 고효율의 전기화학 반응 촉매를 설계하기 위해 실험계획법 중 하나인 다구치 방법 (Taguchi method)를 통하여 고성능 니켈 인화물 나노입자를 합성할 수 있는 실험 인자들 간의 상관관계를 분석하여 최적화된 조건을 제시했다고 26일 전했다.
기존의 재료 데이터를 통해 결과를 분석하는 방법과는 달리 실험계획법은 다양한 인자들과 그 결과에 따른 상관 분석을 통해 더 적은 실험을 통해서 최적의 결과를 얻을 수 있는 방법으로 알려져 있다.
이를 활용하여 본 연구에서는 다양한 변수를 적용하고 전기화학 반응 결과와의 상관관계를 규명하여 최적화된 전기화학 반응을 예측하였으며, 전기화학 반응에 최적이 되는 전기 촉매의 합성 조건을 얻을 수 있었다.
본 연구결과는 추후 연구를 기반으로 하는 산업 분야에서 우수한 결과를 이끌어내는데 필요한 변수와 결과의 상관관계를 미리 분석하여 결과 도출을 위한 비용을 효과적으로 줄일 수 있는 최적화된 연구 방법을 제시하였고, 소재 합성 뿐만 아니라 전기화학적 응용분야에서 사용될 수 있는 가능성을 보여주었다.
이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘MATERIALS TRANSACTIONS’에 게재되었다.
*2022년 8월* 2차전지 핵심기술 개발
아연공기 2차 전지의 상용화 위한 핵심기술 개발에 성공
"최근 심욱 교수팀은 리튬이온 2차전지의 대안 중 하나로 각광받는 아연공기전지의 양극 소재와 친환경 수소, 산소 생산에 사용되는 수전해 시스템의 음극, 양극 소재에 동시 사용 가능한 다기능성 코발트망간산화물 전극을 개발하여 관련 연구 성과를 발표해 화제를 모으고 있다. 현재 전기차 및 소형기기에 가장 널리 사용되는 리튬이온 이차전지는 많은 장점을 가진 반면 낮은 에너지 밀도, 높은 가격, 발화 위험성 등의 여러 가지 극복해야 할 요소를 가지고 있다. 심욱 한국에너지공과대학교 교수는 '이를 극복하기 위한 대안 중 하나로 에너지 밀도가 높고 비교적 저렴하며 발화 위험성이 적은 아연공기전지가 차세대 전지로 주목받고 있다'면서 '하지만 상용화에 있어서 충·방전 효율이 낮고, 수명이 짧다는 한계가 있어 2차 전지로서의 상용화를 위한 핵심 기술을 요구하고 있다'고 연구 배경을 밝혔다. "
*2022년 8월* 학부생 논문 발표
학부 2학년생 공기 중 암모니아 합성 가능한 질소 환원 촉매 개발
학부생, 국제저명학술지 논문 발표
"유민서 학생(신소재공학부 2학년)은 광전기화학적으로 공기 중의 질소로부터 암모니아 합성이 가능한 새로운 개념의 촉매인 몰리브데늄황화물 나노입자/란탄계 산화물 복합혼성촉매를 개발했다. 또 이 연구논문은 최근 미국화학회에서 발간하는 국제학술지 ACS Applied Materials & Interfaces(영향력지수 9.229)에 실렸다.
*2022년 7월* 월간인물
‘Power to everything' 수소 생태계 활성화 위한 원천기술 확보 및 상용화에 앞장
"전 세계가 수소경제로의 전환에 속도전을 벌이고 있다. 수소가 탄소배출 감축 목표 달성을 위한 주요한 수단이자 새로운 에너지원으로 떠오르며 급부상한 새로운 에너지 시장의 주도권을 잡기 위함이다. 한국에너지공과대학교 에너지공학부 심욱 교수는 우리나라가 수소경제의 선도국으로 나아가기 위해서는 무엇보다 원천기술 확보가 중요하다고 말한다. 심 교수는 보다 친환경적이며 경제적인 그린수소 생산법을 연구하는 데서 나아가 ㈜닐사이언스를 이끌며 상용화에 도전하고 있다."
*2022년 5월* Membership Training!
"환경에너지나노재료연구실 2022년 5월 엠티 : 경남 남해!"
*2022년 3월* 다기능성 산화물 소재개발
심욱 교수 연구팀, 아연공기전지 및 수전해를 포함한 다기능성 산화물 전극 개발
"㈜닐사이언스 대표인 심욱 교수(前 전남대학교, 現 한국에너지공과대학교) 연구팀은 아연공기전지 및 수전해를 포함한 다기능성 산화물 전극소재를 개발하고 최근 관련 연구성과를 발표했다. 심교수 연구팀은 리튬이온 이차전지의 대안 중 하나로 각광받는 아연공기전지의 양극 소재와 친환경 수소, 산소 생산에 사용되는 수전해 시스템의 음극, 양극 소재에 동시 사용 가능한 다기능성 CoMn2O4 전극을 개발했다고 지난 11월 25일 밝혔다."
*2022년 3월* KENTECH 입학식 및 비전선포식
"윤의준 총장은 한국에너지공대 역사의 시작이 될 신입생을 대상으로 기념사를 통해 “Be Creative, Be Collaborative, Be Sympathetic”을 강조하며, “앞으로 당면할 창조·융합·공감의 시대에 지역사회와 대한민국, 나아가 세계 에너지 분야 발전에 기여하는 인재로 성장할 것”을 당부했다."
*2021년*
Uk Sim, Outstanding Research Professor Award
*2021년 10월*
Jihyun Park, Poster Award,
Jihyun Park, Song Yeul Lee, Yoongu Lim, Yong Il Park, and Uk Sim* "Free-standing Ni2P/Carbon Nanofibers Battery-Type Anode for High Performance Sodium-Ion Hybrid Capacitors", 2021.10.03 ~ 08, The 22nd International Union Of Materials Research Societies International Conference In Asia (IUMRS-ICA 2021), Jeju, Rep. of Korea
*2021년 10월*
Jeahyoung Lim, Best Oral Presentation Award,
Jeahyoung Lim, Ye-Eun Shin, Dong-Kyu Lee, Heechae Choi, and Uk Sim* "Improving the Efficiency of Catalyst Screening for Hydrogen Evolution Reaction via Machine Learning", 2021.10.03 ~ 08, The 22nd International Union Of Materials Research Societies International Conference In Asia (IUMRS-ICA 2021), Jeju, Rep. of Korea
*2021년*
Minseo Yu, Yeaeun Shin, and Hyelim Kim, Best Practice Case for Undergraduate Research supporting Program (URP),
Minseo Yu, Yeaeun Shin, Joon Young Kim, Mi-Kyung Han*, Uk Sim*, "A study on Photoelectrochemical nitrogen reduction reaction catalyst for ammonia production based on electrospun La₂Zr₂O₇ catalyst", Undergraduate Research supporting Program (URP), Korea Foundation for the Advancement of Science & Creative
*2021년 7월*
Dohun Kim, Best Presentation Award,
Dohun Kim, Khurshed Alam, Mi-Kyung Han, Hoonsung Choi*, and Uk Sim*, "Controlling the Wettability of Catalytic Surface for Enhanced of Electochemical Nitrogen Reduction Reaction", 2021.07.07-09, Global Photovoltaic Conference 2021, Gwangju, Rep. of Korea
*2021년 9월* 불소도핑 그래핀 - 고성능 슈퍼캡
고성능 슈퍼커패시터 구현한 국제 공동연구진...상용화 기대
친환경차 장거리도 씽씽? 에너지저장장치 성능 'up' 성공
대용량 그래핀 불소도핑 성공..고성능 슈퍼커패시터 상용화 '탄력'
韓 연구진 “고성능 슈퍼커패시터 상용화 난제 해결
그래핀 대용량 불소도핑 성공...고성능 슈퍼커패시티 구현 기반 마련
불소 도핑으로 ‘고출력 에너지 저장장치’ 성능 높여
불소 먹은 슈퍼커패시터, 성능이 5배 향상
"KBSI와 KFE 연구팀이 공유결합과 이온 결합의 중간 성질을 내는 준이온 결합이 존재함을 밝혀냈고, 전남대 연구팀이 슈퍼커패시터 성능 확인 실험을 진행했으며, 쾰른 대학교 연구팀이 계산화학 기법을 통해 준이온결합이 슈퍼커패시터 성능 향상에 미치는 영향에 대해 밝혀냈다."
"이번 연구는 화학분야 세계적 권위 학술지인 'Chemical Engineering Journal'誌 온라인판에 논문명 'Fluorine-doped graphene oxide prepared by direct plasma treatment for supercapacitor applications'로 8월 31일 게재되었다."
*2021년 6월* Flexible battery powered on Hyeonuk's hand
Small 2021, 17 (47), 2103613 (1-16)
*2020년 11월*
Dohun Kim, Best Presentation Award,
Dohun Kim, Minyoung Beak, Hyojin Lim, Deukjin Na, Doyeon Hwang, Hoonsung Cho*and Uk Sim*, "Electrodeposited High Entropy Alloy Catalyst for Ammonia production via Electrochemical Nitrogen Reduction Reaction", 2020.11.18-20, The Materials Research Society of Korea (MRS-K) Conference 2020, Jeju, Rep. of Korea
*2019년 3월* Global Photovoltaic Conference 2019 [Best Oral Presentation Award: 심예린]
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