단국대학교

송영석 교수(고분자시스템공학부 파이버융합소재공학전공) 연구팀이 물질의 상태변화에서 발생하는 열에너지를 전기에너지로 효과있게 변환하는 기술을 개발, 에너지 분야 세계적 학술지인 「어플라이드 에너지(Applied Energy, If: 9.746)」 12월 온라인판에 게재했다. 논문 제목은 Integration of form-stable phase change material into pyroelectric energy harvesting system. ▲ 송영석 교수(고분자시스템공학부 파이버융합소재공학전공) 연구팀이 개발한 기술은 물질이 고체 또는 액체로 변화하는 과정에서 열을 흡수하거나 방출하는 상변화 물질(phase change material)과 온도변화에 따라 전하가 분리되는 현상(파이로 전기효과)을 활용해 친환경 전기에너지를 생산하는 기술이다. 연구팀은 기존 상변화 물질을 활용한 전기 생산 기술이 에너지 손실이 크다는 점에 착안, 그래핀 에어로겔 같은 다공성 물질을 사용해 불안정한 열에너지를 효과적으로 제어하는데 성공했고 전기에너지 변환효율을 최대 69% 끌어올렸다. ▲ 송영석 교수팀이 개발한 친환경 전기에너지 생산 원리 송 교수는 “버려지는 열에너지를 활용해 청정에너지를 생산할 수 있는 새로운 모델을 제시했고 산업현장에서 활용이 가능하다”며 “앞으로 태양에너지, 폐열 등을 흡수해 상용화가 가능할 정도의 높은 에너지 밀도를 가지는 재료시스템 연구에 주력할 계획”이라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단, 경기도지역협력연구센터(GRRC)가 지원했고 서울대 재료공학부 유정빈 박사, 윤재륜 교수가 연구에 참여했다. [대학뉴스 제보] 죽전 홍보팀 : 031-8005-2032~3, 천안 홍보팀 : 041-550-1061

태양에너지 품은 조류(藻類)를 ‘하이브리드 나노구조체’에 넣어 전기 추출 태양광 에너지 변환 기술 실용화에 기여할 것 기대 나노 분야 세계적 권위지 「Nano letters」 게재, 경기도 지역협력 연구센터(GRRC) 지원으로 연구 ▲ 송영석 교수(파이버융합소재공학전공) 송영석 교수(파이버융합소재공학전공)가 조류(藻類)를 이용해 기존 보다 20배 가까이 효율을 높인 광합성 세포전지를 개발했다. (논문명 : a broadband multiplex living solar cell, 교신저자 송영석) 송 교수의 논문은 연구의 우수성을 인정 받아 나노 분야 국제 학술지 「Nano letters(영향력 지수 : 12.279)」 온라인 판에 게재됐으며 인쇄판 표지에도 소개된다. 조류(藻類)가 물 위를 떠다니며 쬐는 태양 빛은 훌륭한 전기에너지 자원이다. 조류를 광합성 전자 추출 시스템에 넣으면 태양에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있기 때문. 조류에서 추출한 전기에너지는 지속가능한 친환경 에너지로 주목받으며 세계적으로 여러 연구가 진행 중이지만 에너지 효율이 낮고 특정 가시광선 파장대에서만 에너지를 생산할 수 있는 한계가 있었다. 송 교수는 금 나노입자와 산화아연 나노막대를 이용해 ‘하이브리드 나노 구조체’를 개발했다. 남조류 기반의 광합성 전자 추출 시스템과 결합한 결과 플라즈모닉 현상(plasmonic effect)과 광양극(photoanode)을 이용해 기존 식물세포전지보다 넓은 빛 파장에서 약 17배 높은 에너지를 추출하는 데 성공했다. ▲ 송영석 교수가 개발한 ‘하이브리드 나노 구조체’. 나노입자(보라색 동그라미)와 산화아연 나노막대에 녹조(cell)를 넣어 전기에너지(빨간색)를 추출한다. 기존 기술은 1번에 해당하는 전기 용량만 추출할 수 있었지만 송 교수의 기술을 활용하면 2번~3번 전기를 추가로 얻을 수 있다. 송 교수는 “나노, 광학, 바이오 및 에너지 등 다양한 기술을 융합하여 광대역에서 작동하는 고밀도 에너지 세포전지 시스템을 개발했다”며 “당장 상용화하긴 어렵지만 태양광 에너지를 변환시키는 기술 개발의 초석 연구가 될 것으로 기대한다”고 했다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단과 경기도 지역협력 연구센터(GRRC)의 지원으로 수행했다.

▲ 송영석 교수(파이버시스템공학과) 송영석 교수(파이버시스템공학과)가 사물을 은폐하고 항력을 제거하는 새로운 개념의 유체역학적 메타물질을 개발했다. 흐르는 물, 바람 등으로부터 물체를 숨길 수 있는 아이디어다. 공기나 물의 저항을 받지 않기 때문에 진공을 주행하는 초고속 운송, 바람·파도 등이 스스로 우회하는 건물 등 상상으로만 가능했던 물체를 만들 수 있을지 기대된다. ‘메타물질’은 자연계에 존재하지 않는 특성을 갖도록 설계된 인공 소재다. ‘투명망토’가 메타물질을 활용해 굴절률 분포를 변형시켜 물질을 광학적으로 은폐하듯이 물체 주변을 흐르는 유체의 점도 분포를 변형시켜 유동학적으로 은폐된 공간을 만들어낸 것. 공간의 수학적 설계와 변형을 통해 유체 흐름이 완전히 배제된 공간을 가상으로 구현해 이 공간에 놓인 물체는 항력의 영향을 받지 않도록 한 것이다. ▲ 송 교수가 개발한 메타물질을 이용해 만든 유동학적 은폐 공간 이해도 기존에도 물이나 공기 중 물체의 항력을 저감시키려는 연구가 있었고 스펀지 같은 다공성 구조에서 항력이 제거된다는 이론도 있었지만 실제 실험적으로 항력이 ‘0’이 되는 공간을 구현한 것은 송 교수가 처음이다. 송 교수는 “설계된 메타물질은 마이크로 수준에서부터 거대 건축물까지 크기 제한을 받지 않는다”고 했다. 이어 "메타물질은 유동제어에 대해 도전적이고 독창적인 전략이자 재료설계의 새로운 패러다임"이라며 "높은 연료 효율을 달성하고 자연재해로부터 우회하는 재난방지 구조물을 연구할 계획"이라고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 한국연구재단(지원 사업명 : 기초연구사업)과 경기도 지역협력 연구센터(GRRC) 지원으로 서울대 윤재륜 교수(재료공학부), MIT 박주혁 박사(의공학연구소)와 함께 실시했으며 지난달 물리학 분야 국제학술지 「피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)」에 게재됐다.

한편, 송영석 교수는 생물학연구정보센터(Biological Research Information Center, BRIC)가 운영하는 ‘한국을 빛내는 사람들’에 지난 2월 선정되었다. 참고) 생물학연구정보센터(Biological Research Information Center, BRIC)는 생물학 분야에서 국가 경쟁력 확보를 위해 1996년 한국과학재단과 포항공대가 지원·설립한 기관이다. ‘한국을 빛내는 사람들’은 생물학연구정보센터가 해외 주요 학술지에 투고한 한국 과학자들의 우수 논문을 선정하여 국내 연구자들에게 널리 알리고자 기획된 프로그램이다.