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[Nanoin 뉴스레터 제385호] 세라믹 연료전지에 박막 증착 기술 적용해 연료전지 안정성·고성능 모두 확보

  • 등록일2021.01.25
  • 조회수2

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NewsLetter 제385호

[Nanoin 뉴스레터 제385호] 세라믹 연료전지에 박막 증착 기술 적용해 연료전지 안정성·고성능 모두 확보

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기술동향

◆ ‘인공 뇌’ 불안정성 역이용한 인공지능 학습 능력 향상 기술 개발

- (UNIST) 정홍식 교수연구팀, (중국-칭화대) Luping Shi, 인공신경망 칩의 불안정성을 역이용해 인공신경망의 학습 능력을 향상하는 기술 개발해

인공신경망 : 인공지능의 한 종류로, 뉴런과 시냅스로 구성된 인간의 뇌신경망을 모사해 반도체 칩으로 구현한 기술

특징&단점 : 인간 뇌처럼 에너지는 적게 쓰면서 연산과 기억작업 동시에 가능하지만, 물리적으로 수많은 소자가 집적돼 오차가 존재해

- 정교수팀, 실제 인간 뇌도 완벽에 가까운 동작이 필요하지 않다는 점을 착안, 상변화 메모리 기반 멤리스터(memrister) 인공신경망 학습법 개발

- 이는 메모리 반도체 내 상변화 물질의 '저항 드리프트 현상'(전기저항 증가)을 학습법에 반영시켜

- 학습 과정 중 정보 업데이트 패턴이 시냅스 역할을 하는 멤리스터에 전기 저항 증가 형태로 기록되기 때문에 변화 패턴과 데이터 간 연관성을 추가로 학습

멤리스터 : 메모리(기억)와 레지스터(저항)의 합성어

- 연구결과, 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 게재


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UNIST, 인공신경망 학습능력 향상 신기술 개발불안정성 역이용

신소재공학과 정홍식 교수팀, 중국 칭화대와 공동연구

◆ 유체 내 물질들의 분자 및 원자 단위 고해상도 전자현미경 기술 개발

- (KAIST) 신소재공학과 육종민 교수 연구팀, 그래핀을 이용, 유체 내 물질들의 분자, 원자 단위 고해상도 영상을 획득할 수 있는 전자현미경 기술 개발

전자현미경 기술 : 일반 광학현미경보다 약 수천 배가량 높은 배율에서 물질을 관찰 가능해

- 육교수 연구팀, 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀 두 층 사이에 액체를 가두는 그래핀 액상 셀 기술을 세계 최초로 도입

- 유체에서 일어나는 다양한 반응들의 분자 단위, 원자 단위에서의 관찰이 쉬워져

- 해당연구에서 자유로운 액체 순환이 가능한 그래핀 아쿠아리움 전자현미경 이미징 플랫폼을 개발

- 그동안 관찰하지 못했던 물질의 합성 과정 밝혀, 바이러스 및 단백질들의 상호작용과 같은 생명 현상 규명의 실마리를 제공

- 연구 결과, 국제 학술지 `어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 게재


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KAIST, 그래핀 이용해 아쿠아리움처럼 액체 내 물질 관찰하는 현미경 기술개발

◆ KIST, 세라믹 연료전지에 사용되는 니켈의 양은 줄이고 안전성은 높히는 기술 개발

- (KIST) 손지원 박사팀, (KAIST) 한승민 교수팀과의 공동연구, 고온형 세라믹 연료전지에 사용되는 니켈(Ni)의 양을 20분의 1로 줄이면서 안정성은 5배 이상, 발전 성능은 1.5배 높일 수 있는 기술 개발돼
‣ 세라믹 연료전지 : 700℃ 이상에서 작동하는 고온형과 200℃ 이하에서 작동하는 저온형이 있는데, 고온형의 경우 니켈 같은 저렴한 촉매 사용
- 고온형 세라믹 연료전지의 연료극엔 니켈이 부피 기준으로 40% 정도 사용 돼
- 정지-재가동이 반복돼 산화-환원 과정에 노출되면 니켈이 팽창해 세라믹 연료전지 전체 구조가 파괴되는 단점
- 연구팀, 고온형 세라믹 연료전지의 연료극 제조공정에서 박막 증착 기술을 이용해 니켈 사용량을 기존의 20분의 1인 2%로 줄이는 대신 니켈 촉매 크기를 수나노미터(㎚ : 10억분의 1m) 수준으로 작게 만들어 표면적을 늘리는 방법으로 니켈 함량이 줄어든 것을 보완
- 니켈과 산화물을 혼합해 박막 증착함으로써 수나노미터 크기의 니켈 촉매가 연료극에 고르게 분포되고 고온 작동 시에도 서로 만나 응집하지 못하게 제작
- 니켈 응집과 산화-환원에 따른 파괴를 효과적으로 억제할 수 있는 신개념 전극구조를 디자인하고 제작-평가까지 체계적으로 연구한 것
- 이 연구결과는 금속재료공학 분야 국제학술지(Acta Materialia)에 게재
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