아주대학교 에너지시스템학과

Department of Energy Systems

아주대학교 에너지시스템학과

탄소-중립 달성을 위한 초융합 신재생 에너지 연구와 교육을 선도합니다.

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공공정책대학원, 여수시와 학위과정 교류협력 협약

우리 학교 공공정책대학원이 여수시와 학위과정 교류협력 협약을 체결했다. 협약식은 지난 20일 여수시청에서 정기명 여수시장, 권혁성 아주대 공공정책대학원장 등 관계자들이 참석한 가운데 진행됐다. 이번 업무협약을 기반으로 여수시 재직 공무원과 여수시민 중 시장의 추천을 받은 자는 학비 30%를 감면받고 아주대 공공정책대학원 온라인 석사 학위과정을 이수할 수 있게 됐다. 우리 학교 권혁성 공공정책대학원 원장은 “여수시와 긴말한 협력 관계를 구축해 다양한 교육 기회를 제공하고자 한다”며 “아주대 공공정책대학원은 앞으로도 학문적 기여뿐만 아니라, 지역사회와의 협력을 통해 더욱 발전하는 기관으로 자리매김할 것”이라고 말했다. 정기명 여수시장은 “이번 업무협약으로 시민과 공직자들의 교육 욕구를 충족시키고, 긴밀한 협력 관계 구축을 통해 양 기관의 발전을 견인할 것으로 기대한다”라고 말했다. 지난 1996년 개원한 아주대학교 공공정책대학원은 ▲행정학 전공 ▲사회복지 전공 ▲부동산 전공을 운영하고 있다. 또한 경기도 소속 공무원들을 위한 ‘경기도 계약학과’ 학위과정과 수원시 중견 공무원들을 위한 교육과정 ‘수원시 핵심리더 양성과정’도 운영하고 있다. 권혁성 아주대 공공정책대학원장과 정기명 여수시장이 협약서에 서명하고 있다

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서형탁 교수팀, 미래 에너지 활용 높일 2차원 나노 신소재 개발

우리 학교 서형탁 교수팀이 우수한 전기화학적 특성을 가진 복합 나노 신소재를 개발했다. 이 신소재는 미래 에너지 저장 기술인 슈퍼 커패시터와 수소 생산용 양극에 모두 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 서형탁 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 사진 왼쪽)는 전기화학적 활성이 탁월한 니켈, 바나듐, 코발트 셀레나이드(Co(M)-NiSe₂–VSe₂)의 사성분계　2차원 나노시트 소재를 개발했다고 밝혔다. 관련 연구 내용은 ‘배터리 타입 슈퍼 커패시터와 산소 생성을 위한 동시 합성 Co(M)-NiSe₂–VSe₂에서의 도너 도핑 시너지 효과(Synergistic Effect of Donor Doping on in-situ Synthesized Co(M)-NiSe₂–VSe₂ for Battery-Type Supercapacitor and Oxygen Evolution)’라는 제목으로 화공분야 저널인 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)> 온라인 최신판에 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 카디르 시알(Qadeer Akbar Sial) 박사(공학연구소 전임연구원, 사진 오른쪽)가 제1저자로 참여했다. 슈퍼 커패시터(Super Capacitor)는 지속 가능한 미래 에너지 활용에 핵심적인 역할을 하는 에너지 저장기술로 전기차, 휴대용 전자 장치 및 재생 에너지 시스템과 같이 빠른 에너지 저장 및 고전력 전달이 필요한 응용 제품에 활용된다. 기존의 이차전지와 달리 빠르게 충전 및 방전할 수 있고 수명이 길며 안전성이 높아, 신뢰도가 높은 고효율의 에너지 저장 솔루션이다. 필요할 때 폭발적인 전력을 공급해 배터리를 보완하는 슈퍼 커패시터는 에너지 시스템의 성능을 최적화해 재생 가능 에너지원으로의 보다 원활한 전환에 꼭 필요하다. 한편 수소를 핵심 에너지원으로 사용하기 위해 필수적인 부분인 ‘청정 수소’ 생산은 효율적인 물 전기 분해를 통해 수소와 산소를 생산하는 수전해(水電解) 기술을 통해 가능하다. 온실가스인 이산화탄소 발생 없이 수소 에너지를 얻을 수 있는 이 기술을 이용하면 태양광, 풍력, 수력, 지열 등의 재생에너지를 활용해 물을 분해할 수 있다. 그 과정에서 전기화학적 고효율로 물을 수소와 산소로 전환하기 위해서는 높은 전기화학 활성과 장시간 반응 안정성을 지닌 전극의 구현이 필요하다. 아주대 연구팀은 니켈, 바나듐, 코발트 셀레나이드(Co(M)-NiSe₂–VSe₂)를 꽃 모양의 나노시트 구조로 결합한 획기적인 2차원 나노 소재를 개발했다. 연구팀은 이 소재가 하이브리드 슈퍼 커패시터 및 수전해 산소 발생 반응에서 동시에 탁월한 성능을 발휘함을 확인했다. 연구팀은 코발트를 사용한 전자 공여체 도핑 전략을 통해 만든 소재를 슈퍼 커패시터 소자에 적용, 기초 소재 수준에서 준수한 전력 밀도를 가짐을 확인했다. 또 38.73Whkg⁻¹의 고에너지 밀도로 기존 상용 소자 특성 대비 약 90% 이상의 성능 향상을 달성했다. 이 소재는 1만회의 충·방전 반복 사이클 후에도 정전 용량의 90% 이상을 유지해 탁월한 전기화학적 안정성을 보여줬다. 아주대 연구팀이 개발한 2차원 나노 신소재에 대한 설명. 우수한 전기화학적 특성을 지니고 있어 미래 에너지 저장기술인 슈퍼 커패시터와 수소생산용전극에 모두 활용될 수 있을 것으로 기대된다 연구팀은 또한 수전해의 산소 생성 반응을 위해 양전극에 새로 개발한 소재를 적용, 물 분해 전극 소재로서 높은 성능을 가짐을 확인했다. 단위 제곱 센티미터 면적당 10mA 기준 전류 밀도에서 199mV의 과전위와 전류밀도 10배 상승당 28mV의 Tafel 기울기를 기록한 것. 과전위는 물을 분해하기 위해 필요한 잉여 전위값으로 과전위가 낮을수록 물 분해에 유리하다. 전류밀도의 Tafel 기울기는 전기화학 반응의 속도를 측정하는 값으로 낮을수록 반응이 빠르고 효율적임을 보여준다. 연구팀은 이러한 전기화학적 특성이 불순물 첨가 기술인 코발트 도핑의 시너지 효과 덕분임을 규명했고, 코발트 도핑은 물질의 전자 띠 구조를 변경하고 전하 전달을 위한 추가 활성 전자 구조를 제공해 소재의 전기화학적 활성을 크게 증가시킴을 밀도 함수 이론(DFT) 계산으로 확인했다. 연구 책임을 맡은 아주대 서형탁 교수는 “이번에 개발한 소재는 우수한 전기화학 및 촉매 성능을 가진데다 장기 반응 안정성 역시 높다”며 “높은 에너지·전력 밀도와 탁월한 반복 사이클 특성이 필요한 전기차 및 그리드 시스템의 차세대 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 서 교수는 이어 “에너지 저장 외에도 수소 생산용 수전해 장치의 산소 발생 반응(OER)을 위한 전기화학 촉매 전극으로의 활용도 기대된다”며 “앞으로 소재 상용화를 위한 후속 연구를 이어갈 것”이라고 덧붙였다.

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이형우 교수팀, 근적외선 광검출 성능 획기적 향상 방법 개발.. 보안∙의료 등 활용 기대

물리학과 이형우 교수팀이 근적외선 광검출기의 광검출 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다. 이에 앞으로 야간 투시와 보안, 바이오 메디컬 분야 등에서 널리 활용될 수 있을 전망이다. 이형우 교수(물리학과∙대학원 에너지시스템학과, 사진 왼쪽)는 SrRuO3/LaAlO3/Nb-doped SrTiO3(SRO/LAO/Nb:STO) 이종접합에서 수 원자층 수준 계면 제어를 통해 근적외선 광검출 성능을 혁신적으로 향상시키는 방법을 개발했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘원자 규모 계면 제어를 통한 복합 산화물 이종접합 기반 근적외선 광검출(Atomic-Scale Interface Modification in Complex Oxide Heterojunctions for Near-Infrared Photodetection)’이라는 제목으로 <ACS nano> 12월호에 온라인 게재됐다. 가천대 엄기태 교수와 한국과학기술원(KAIST) 양용수 교수팀이 함께 연구에 참여했다. 아주대 대학원 석사과정의 유상혁 학생은 제1저자로 함께 했다. 광검출 기술은 입사 광자를 전기 신호로 변환하는 반도체 분야 기초 기술 중 하나로, 다양한 광전자 응용 분야에서 중요하게 활용되고 있다. 특히 근적외선 광검출기는 ▲야간 투시 ▲보안 ▲의료 진단 - 바이오 메디컬 이미징 등 여러 분야에 활용될 수 있어 많은 관심을 받고 있다. 근적외선(Near-Infrared, NIR) 광검출은 파장이 대략 850nm~ 155nm 인 빛을 검지하는 기술이다. 눈에 보이는 가시광선 영역이 아니기 때문에 일반적으로 제어가 어렵고, 더욱이 장파장 영역이라 에너지가 낮아 정밀하게 검출하는 데에 어려움이 있다. 반면, 근적외선 빛은 가시광선에 비해 다른 물질 속으로 더 깊이 통과할 수 있으며, X선이나 UV처럼 부작용을 유발하지 않기 때문에 다양하게 응용될 수 있다. 또한, 장파장 빛인 만큼 산란이 적고 더 먼 거리까지 정보를 전달할 수 있다는 장점이 있어, 정밀 측정만 가능하다면 ▲광섬유 네트워크 통신 ▲생체 조직 내 바이오 이미징 기술 ▲야간 감시 장비 및 야간 적외선 시각화 ▲얼굴 인식 및 보안 분야 등에의 적극적인 활용이 가능하다. a. SRO/LAO/Nb:STO 기반 근적외선 검출 소자의 모식도 b.해당 소자를 이용한 광검출 측정 모습 c. 광검출 중 소자의 온도 변화 측정 결과: 온도 변화가 미미함을 통해 일반적인 열전자 기반의 광검출 방식이 아님을 입증했다 현재 활용되는 대부분의 근적외선 광 검출 기술은 실리콘 또는 수은-카드뮴-텔루라이드(HgCdTe) 등의 II-VI 화합물 반도체를 이용한다. 하지만 실리콘의 경우 낮은 흡수 계수로 인해 근본적 성능 한계가 존재하며, HgCdTe화합물 반도체의 경우 낮은 재료 균일성과 화학적 불안정성이 문제로 남아있다. 이러한 한계를 극복하고자 쇼트키(Schottky) 접합 기반의 근적외선 광 검출기가 주목받기 시작했다. 여기에 활용되는 복합 산화물 이종구조는 쇼트키 장벽과 내부 전위 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있어 매우 유망한 전자 소재로 볼 수 있다. 아주대 연구팀은 극성(Polar) 단층 LAO를 삽입해 계면에서 쇼트키 장벽을 최적화해 근적외선 광(파장 850nm) 조사 시 ~1.1 mA/W의 높은 감응도를 유지하면서, 암전류(dark current)는 수 pA 수준으로 억제할 수 있었다. 이러한 원자층 수준 계면 제어를 통해 감응도를 최대 1371%까지 향상시키는 데 성공했으며 지속성 광전도성(Persistent photoconductivity, PPC)을 통해 광전도의 점진적인 제어가 가능함을 입증했다. 이 같은 성능 향상은 계면에 삽입한 극성 LAO층을 이용해 터널 장벽의 높이와 폭을 근적외선 검출에 적합한 형태로 제어했기 때문이다. 연구팀은 또 추가로 개발한 SRO/LAO/Nb:STO 기반 광소자를 이용해 근적외선 광신호의 공간 이미징 및 신경 모방 소자 구현 가능성을 실험적으로 입증했다. 이형우 교수는 “이번 성과를 통해 복합 산화물 이종구조 기반의 고성능 근적외선 광 검출기 개발이 가능해질 것”이라며 “관련 광전자 응용 분야에서 산화물 이종접합이 매우 큰 잠재력을 가지기에 야간 투시나 보안, 바이오 메디컬 이미징 등의 분야에서 널리 활용할 수 있을 것으로 본다”라고 말했다. 이번 연구는 교육부 주관 대학기초연구소(G-LAMP) 사업과 한국연구재단의 우수신진연구, 기초연구실지원사업(BRL)의 지원을 받아 수행됐다. 아주대 연구팀이 개발한 소자로 광검출 중인 모습