10월 KAERI 우수성과
하나로 중성자 및 방사광 고도 분석 기술 기반 이차전지 양극 소재 혁신적 성능 개선
우수성과 선정 내용 요약
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주요 성과 내용
- 차세대 이차전지 수명 저하 난제 해결
- 하이니켈(high-Ni) 양극 소재의 합성 공정에서 발생하는 나노 단위의 결함을 하나로 중성자 산란 장치를 통해 세계 최초로 정량화하여 수명 성능 향상 방법 제시
- 차세대 이차전지 수명 저하 난제 해결
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우수성 및 차별성
- 기존 소재보다 수명 30% 이상 향상시킬 수 있는 업사이클링 기술 개발
- 기존 재활용 공정과 달리 상대적 저온(550도)에서 리튬만 97% 이상 회수 할 수 있는 친환경 공정 기술 개발
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성과 활용 및 파급효과
- 전기차와 폐배터리 관련 산업체의 중성자 연구 활성화
- 기술 이전 및 대형 과제 수주 기대
2023년 10월 KAERI
우수성과로 선정된 소감은?
우수성과로 선정된 소감은?
김형섭 선임연구원
최근 산업적으로 많은 관심을 받고있는 폐배터리와 이차전지 양극 소재의 난제를 연구용 원자로 하나로를 활용해 해결한 결과가 KAERI 우수성과에 선정되어 기쁩니다. 하나로 관련 연구진과 함께 연구를 수행한 동료들에게도 감사한 마음을 전합니다.
이번 연구성과에 관해
간략히 소개하자면?
간략히 소개하자면?
김형섭 선임연구원
리튬이차전지의 핵심 구성요소 중 하나인 양극 소재는 리튬, 산소, 3d 전위 금속 등 대부분 가벼운 원소로 구성되어 있어, 하나로 중성자 빔을 이용해 원자-나노 단위 구조를 분석하는 연구를 활발하게 진행해 왔습니다. 이번 연구에서는 이러한 장점을 폐배터리 양극 소재의 열화 현상과 소재 합성 과정에서의 나노 단위 결함을 규명하는 데 활용하고, 이를 통해 성능을 향상시킬 수 있는 방안까지 연구했습니다. 우수 논문으로 출판되었을 뿐만 아니라 관련 특허 4건을 출원했으며, 향후 폐배터리에서의 유가금속 회수와 새로운 양극 소재 합성 개발 방법론에 적용 가능할 것으로 기대합니다.
앞으로의 계획 및
하고픈 말이 있다면?
하고픈 말이 있다면?
김형섭 선임연구원
국내 이차전지 분야에서 하나로 중성자 장치가 양극 소재 개발과 폐배터리 분야에서 큰 역할을 할 수 있도록 노력하겠습니다. 본 연구성과들은 기술사업화팀에서 기술 이전을 위해 많은 노력을 기울이고 있으며, 저희 연구자들도 우수한 결과 창출과 더불어 연구 결과물이 연구 논문과 특허에만 머물지 않고 사업화 단계까지 진행될 수 있도록 노력하겠습니다.
IAEA SMR 비상대책 및
대응 역량 강화 워크숍 개최
연구원은 한국원자력협력재단과 공동으로 지난 10월 10일부터 13일까지 국제원자력기구(IAEA)가 주관하는 ‘소형모듈원자로(SMR) 비상대책 및 대응 워크숍’을 개최했다.
이번 워크숍은 27개 IAEA 회원국 원자력 안전, 규제, 원전 운영분야 전문가 약 60명이 참석했다. 기후변화 저감을 위한 원자력발전의 역할과 소형모듈원자로의 비상대책 및 대응 분야에서의 최근 기술개발 정보를 공유하고 IAEA 회원국의 역량 구축 지원 방안을 모색했다.
비상대응 역량은 원자력 사건이나 사고의 영향을 최소화하기 위해 필수적이다. IAEA는 국제법적 체제에 기반해 국제 비상대책 및 대응(EPR) 체제를 유지하고, 이를 위해 안전기준, 가이드라인, 기술도구 등을 개발할 뿐만 아니라 회원국들이 비상대응 능력을 구축할 수 있도록 지원하고 있다.
이번 워크숍은 27개 IAEA 회원국 원자력 안전, 규제, 원전 운영분야 전문가 약 60명이 참석했다. 기후변화 저감을 위한 원자력발전의 역할과 소형모듈원자로의 비상대책 및 대응 분야에서의 최근 기술개발 정보를 공유하고 IAEA 회원국의 역량 구축 지원 방안을 모색했다.
비상대응 역량은 원자력 사건이나 사고의 영향을 최소화하기 위해 필수적이다. IAEA는 국제법적 체제에 기반해 국제 비상대책 및 대응(EPR) 체제를 유지하고, 이를 위해 안전기준, 가이드라인, 기술도구 등을 개발할 뿐만 아니라 회원국들이 비상대응 능력을 구축할 수 있도록 지원하고 있다.
전기차 폐배터리
친환경 재활용 기술 개발
연구원 김형섭·전민구·김성욱 박사 연구팀이 전기차 폐배터리의 양극 소재 업사이클링(Upcycling) 기술을 개발했다.
양극 소재 업사이클링이란 다 쓴 폐배터리의 양극을 원상태로 회복하거나 성능을 올려 재활용하는 것이다. 전기차 배터리 양극 소재에 있는 리튬, 니켈, 코발트 등의 금속 회수가 폐배터리 재활용의 주목적이다. 연구진은 블랙파우더에 염소가스를 주입해 염화리튬(LiCl)과 잔여 블랙파우더로 분리했다. 염화리튬은 물에 잘 녹아 리튬 회수가 쉽고, 회수율은 97%에 달했다. 리튬을 제거한 블랙파우더에 추가로 리튬과 니켈을 투입, 고온 합성해 양극 소재 내 니켈 함량을 늘리고, 리튬을 양극 소재에 균일하게 분포하는데 성공했다. 정량 리튬 투입으로 업사이클링한 양극 소재는 기존 양극 소재보다 30% 이상 수명이 긴 것을 확인했다. 또한 실시간 고온 회절 분석을 활용해 업사이클링 과정에서 발생하는 구조적 변화를 실시간으로 관찰하고, 재합성 메커니즘을 규명하는데 성공했다.
이번 연구는 산업통상자원부의 저탄소 고부가 전극재제조 혁신기술개발사업의 지원을 받아 이뤄졌으며, 관련 논문은 ‘Journal of materials chemistry A’에 게재돼 온라인으로 공개됐다.
양극 소재 업사이클링이란 다 쓴 폐배터리의 양극을 원상태로 회복하거나 성능을 올려 재활용하는 것이다. 전기차 배터리 양극 소재에 있는 리튬, 니켈, 코발트 등의 금속 회수가 폐배터리 재활용의 주목적이다. 연구진은 블랙파우더에 염소가스를 주입해 염화리튬(LiCl)과 잔여 블랙파우더로 분리했다. 염화리튬은 물에 잘 녹아 리튬 회수가 쉽고, 회수율은 97%에 달했다. 리튬을 제거한 블랙파우더에 추가로 리튬과 니켈을 투입, 고온 합성해 양극 소재 내 니켈 함량을 늘리고, 리튬을 양극 소재에 균일하게 분포하는데 성공했다. 정량 리튬 투입으로 업사이클링한 양극 소재는 기존 양극 소재보다 30% 이상 수명이 긴 것을 확인했다. 또한 실시간 고온 회절 분석을 활용해 업사이클링 과정에서 발생하는 구조적 변화를 실시간으로 관찰하고, 재합성 메커니즘을 규명하는데 성공했다.
이번 연구는 산업통상자원부의 저탄소 고부가 전극재제조 혁신기술개발사업의 지원을 받아 이뤄졌으며, 관련 논문은 ‘Journal of materials chemistry A’에 게재돼 온라인으로 공개됐다.
아이들과 하천 토양 정화하는
‘그린 볼 & 그린 워크’ 캠페인 실시
연구원은 지난 10월 19일 임직원 100여 명, 아톰어린이집 원아 30여 명과 함께 관평천 등 본원 인근지역 3개 하천에서 환경 정화 활동 ‘그린 볼 & 그린 워크’ 캠페인을 진행했다.
연구원이 자체 기획한 ‘그린 볼 & 그린 워크’ 캠페인은 주변 하천에 EM* 흙공을 던지고 쓰레기를 줍는 지역 환경 개선 프로그램이다. EM 흙공은 유용 미생물균이 들어있어 친환경적이면서 하천 수질 개선과 악취 제거에 탁월하다.
이날 행사에는 임직원과 함께 연구원 직장어린이집인 ‘아톰 어린이집’의 6~7세 원아들도 참여했다. 아이들은 직접 하천 토양을 정화하며 환경보호의 중요성을 배우는 의미 있는 시간을 보냈다.
연구원이 자체 기획한 ‘그린 볼 & 그린 워크’ 캠페인은 주변 하천에 EM* 흙공을 던지고 쓰레기를 줍는 지역 환경 개선 프로그램이다. EM 흙공은 유용 미생물균이 들어있어 친환경적이면서 하천 수질 개선과 악취 제거에 탁월하다.
이날 행사에는 임직원과 함께 연구원 직장어린이집인 ‘아톰 어린이집’의 6~7세 원아들도 참여했다. 아이들은 직접 하천 토양을 정화하며 환경보호의 중요성을 배우는 의미 있는 시간을 보냈다.
* EM: 유용 미생물균을 뜻하는 ‘Effective Micro-organisms’의 약자
김시환 前 부소장
「원자력 기술 자립 여정」 출간
연구원 김시환 前 부소장(現 유저스(주) 기술연구소장)이 「원자력 기술 자립 여정」(글마당)을 발간했다. 우리 원자력 산업 초창기부터 다양한 분야에서 종사해 온 김시환 박사는 우리나라 원자력 발전사를 상세하면서도 이해하기 쉽게 풀어냈다.
1959년 원자력연구소 설립부터 혁신형 소형모듈원자로(SMR) 개발까지 다양한 주제에 대한 성과와 에피소드를 제공하며 숱한 위기 속에서도 간절하게 연구를 이어나가 우리나라가 오늘의 원자력 수출국이 된 과정을 설명한다.
필자는 앞으로도 원자력 기술을 지속적으로 발전시켜 미래 에너지의 안정적인 공급과 기후변화 대응에 기여해야 한다고 말한다. 이 책은 우리나라 원자력 산업 발전과 기술 자립의 역사적 의미를 이해하는 데 귀중한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
1959년 원자력연구소 설립부터 혁신형 소형모듈원자로(SMR) 개발까지 다양한 주제에 대한 성과와 에피소드를 제공하며 숱한 위기 속에서도 간절하게 연구를 이어나가 우리나라가 오늘의 원자력 수출국이 된 과정을 설명한다.
필자는 앞으로도 원자력 기술을 지속적으로 발전시켜 미래 에너지의 안정적인 공급과 기후변화 대응에 기여해야 한다고 말한다. 이 책은 우리나라 원자력 산업 발전과 기술 자립의 역사적 의미를 이해하는 데 귀중한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
방사능 측정 실무자 대상
방사선스펙트럼 분석기술 교육 실시
연구원 원자력교육센터와 원자력환경실은 ‘감마선스펙트럼 분석기술 교육’을 10월 10일부터 13일까지 4일간 실시했다. 이번 교육은 방사능분석 종사자들의 감마방사능 분석 시 절차상 발생하는 인적오류 최소화와 분석 신뢰도 향상을 위해 마련했으며, 감마방사능 분석 실무에 즉시 활용할 수 있는 이론 강의와 스펙트럼분석실습 교육을 일대일 맞춤형으로 진행했다.
2008년부터 매년 운영되고 있는 이번 교육은 지난 15년간 266명의 교육생이 참여했으며, 올해에는 수산업협동조합중앙회, 한국원자력안전기술원, 한국수력원자력(주) 등 방사능 분석 분야 종사자 12명이 교육생으로 참여했다.
2008년부터 매년 운영되고 있는 이번 교육은 지난 15년간 266명의 교육생이 참여했으며, 올해에는 수산업협동조합중앙회, 한국원자력안전기술원, 한국수력원자력(주) 등 방사능 분석 분야 종사자 12명이 교육생으로 참여했다.
연구원 캐릭터 ‘파동이’
특허청 인정한 우수 디자인 선정
연구원은 캐릭터 ‘파동이’가 특허청이 주최하고 한국발명진흥회가 주관한 「2023 우수상표·디자인권 공모전」에서 동상(대한상공회의소회장상)을 수상했다.
연구원은 지난 2020년, 국민에게 조금 더 친근하게 다가가기 위해 캐릭터 ‘파동이’를 만들었다. 파동이라는 이름은 에너지의 흔들림을 의미하는 ‘파동’과 ‘파랗고 동그란’ 캐릭터 모습에서 아이디어를 얻어 만들었다. 에너지 파동 그 자체를 보여주는 외형이지만, 종종 사자와 비슷하다는 오해를 받는다.
파동이는 연구원의 여러 홍보활동에서 활약하며 연구원의 친근한 얼굴로 자리 잡았는데, 특히 기관 행사나 전시박람회에서 인기를 끌고 있다. 유튜브 채널 ‘과학하는 원연이’에서는 원자력을 쉽게 설명해주는 크리에이터로, 기관 SNS 채널인 인스타그램, 페이스북에서는 원자력연구원에 근무하는 연구자로 등장해 과학문화 확산에 앞장서고 있다.
연구원은 지난 2020년, 국민에게 조금 더 친근하게 다가가기 위해 캐릭터 ‘파동이’를 만들었다. 파동이라는 이름은 에너지의 흔들림을 의미하는 ‘파동’과 ‘파랗고 동그란’ 캐릭터 모습에서 아이디어를 얻어 만들었다. 에너지 파동 그 자체를 보여주는 외형이지만, 종종 사자와 비슷하다는 오해를 받는다.
파동이는 연구원의 여러 홍보활동에서 활약하며 연구원의 친근한 얼굴로 자리 잡았는데, 특히 기관 행사나 전시박람회에서 인기를 끌고 있다. 유튜브 채널 ‘과학하는 원연이’에서는 원자력을 쉽게 설명해주는 크리에이터로, 기관 SNS 채널인 인스타그램, 페이스북에서는 원자력연구원에 근무하는 연구자로 등장해 과학문화 확산에 앞장서고 있다.
