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KAIST, "방해꾼" 양성자를 에너지원으로…차세대 배터리 개발
[경제일보] 대규모 에너지저장장치(ESS)의 차세대 배터리 후보로 꼽히는 수계 아연이온전지에서 그동안 성능을 떨어뜨리는 요소로 여겨졌던 양성자를 오히려 에너지 저장에 활용하는 기술이 개발됐다. 아연 이온과 양성자가 전극에 저장되는 순서를 제어해 높은 에너지 저장량과 빠른 충·방전 속도를 동시에 확보할 수 있는 새로운 전극 설계법이 제시됐다. KAIST는 박선아 화학과 교수 연구팀이 2차원 전도성 금속-유기 구조체(MOF)를 활용해 아연 이온과 양성자를 차례로 저장하는 새로운 전극 소재를 개발했다고 19일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘켐(Chem)’에 지난달 7일 게재됐다. 수계 아연이온전지는 물을 기반으로 한 전해질을 사용하는 충전식 배터리다. 리튬이온전지에 비해 화재 위험이 낮고 원료 가격이 상대적으로 저렴해 대규모 ESS에 적용할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 하지만 구조적인 한계가 있었다. 전기를 저장하는 아연 이온은 전하가 커 전극 내부에서 이동하는 속도가 느리다. 저장 용량을 높이면서 동시에 충·방전 속도를 끌어올리기가 쉽지 않은 이유다. 반대로 양성자는 크기가 작아 빠르게 움직일 수 있지만 예상치 못한 문제가 발생한다. 양성자가 너무 일찍 전극과 반응하면 부산물이 만들어지고, 이 부산물이 아연 이온의 이동을 방해해 오히려 배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 기존 연구에서는 양성자의 불필요한 반응을 억제하는 데 초점이 맞춰졌다. 박선아 교수팀은 여기서 발상을 전환했다. 양성자를 없애야 할 대상으로 보지 않고, 저장 순서만 제어하면 추가적인 에너지 저장에 활용할 수 있다는 점에 주목했다. 연구팀은 금속과 유기 분자를 연결해 미세한 구멍을 만든 2차원 금속-유기 구조체에 양성자를 붙잡을 수 있는 ‘아민 작용기’를 도입했다. 이 작용기가 특정 전압에서 양성자를 저장하도록 설계해 아연 이온과 양성자가 동시에 뒤섞여 반응하는 것을 막았다. 핵심은 ‘순서’다. 높은 전압 구간에서는 아연 이온이 먼저 전극에 저장되고, 전압이 낮아지면 양성자가 추가로 저장된다. 서로 다른 이온이 서로 다른 전압 영역에서 순차적으로 에너지 저장에 참여하도록 만든 것이다. 실험 결과도 주목할 만하다. 충·방전 속도를 기존보다 16배 높인 조건에서도 초기 저장 용량의 46.9%를 유지했다. 일반적으로 배터리는 충·방전 속도가 빨라질수록 저장할 수 있는 에너지양이 크게 감소하지만, 새 전극은 빠른 충·방전 환경에서도 상당한 저장 성능을 유지했다. 500회 이상의 빠른 충·방전을 반복한 뒤에도 안정적인 성능을 확인했다. 연구팀은 다양한 X선 분석을 통해 아연 이온이 먼저 저장된 뒤 양성자가 추가로 저장되는 과정을 확인했다. 특히 양성자를 저장했다가 다시 내보내는 과정이 반복될 수 있다는 점도 확인했다. 이번 연구의 의미는 단순히 새로운 배터리 소재를 개발했다는 데 있지 않다. 배터리 내부에서 불리하게 작용하던 화학 반응을 억제하는 대신, 반응의 발생 시점과 순서를 제어해 에너지 저장 과정으로 전환했다는 점이 핵심이다. 다만 상용화까지는 추가 검증이 필요하다. 이번 연구는 전극 소재 수준의 가능성을 확인한 단계인 만큼 실제 배터리 셀과 대형 ESS 환경에서도 동일한 성능이 구현되는지, 장기간 반복 충·방전 과정에서 소재의 안정성이 유지되는지 등을 확인해야 한다. 특히 ESS 시장에서는 단순히 높은 에너지 밀도뿐 아니라 수천~수만 회에 이르는 충·방전 수명, 소재 가격, 제조 공정의 경제성, 대형화 가능성 등이 함께 요구된다. 따라서 이번 연구가 실제 상용 배터리로 이어지려면 소재 성능을 시스템 수준으로 확장하는 후속 연구가 중요할 전망이다. 박선아 교수는 “기존에 배터리 성능을 떨어뜨릴 수 있는 ‘방해꾼’으로 여겼던 양성자를 오히려 에너지를 더 저장하는 데 활용할 수 있음을 보여줬다”며 “이번 원리를 다양한 전극 소재에 적용해 더 많은 에너지를 빠르게 저장할 수 있는 배터리를 개발할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
2026-08-19 14:51:31
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IPARK현대산업개발, CSO 주관 혹서기 온열질환 예방 캠페인 진행 外
[경제일보] IPARK현대산업개발이 경기 파주 운정 아이파크 포레스트 건설 현장에서 최고안전책임자(CSO) 주관으로 혹서기 온열질환 예방 캠페인을 진행했다고 5일 밝혔다. 이번 캠페인은 지난 4일 열렸으며 회사가 운영하는 온열질환 예방 프로그램인 IPARK 고드름 캠페인의 일환으로 마련됐다. 양승철 CSO는 현장을 찾아 옥외 작업 근로자의 건강 상태를 살피고 예방 활동을 독려했다. 이날 고용노동부 관계자와 CSO, 현장소장 등은 옥외 작업 근로자에게 온열질환 예방 물품을 전달하고 근로자들의 수분과 전해질 섭취 여부를 직접 확인했다. 특히 관리감독자가 근로자의 휴식과 수분 섭취 여부를 직접 확인해 온열질환 예방 수칙이 실제 작업 현장에서 이행될 수 있도록 관리했다. 폭염 환경에서는 전해질 손실이 열경련과 열탈진, 열사병으로 이어질 수 있어 식염포도당과 전해질 분말, 이온음료를 얼음물과 함께 제공했다. 오후 2시 이후부터는 현장의 작업중지 이행 상황을 점검해 근로자 안전 관리 상태를 살폈다. 현장에서는 전 근로자가 참여할 수 있는 온열질환 예방 부스도 운영했다. 부스에서는 얼음물과 식염정, 기념품을 지급하고 온열질환 예방 수칙과 응급처치 요령을 안내하는 교육자료를 게시했다. 완전화 관련 전문기업 K2 safety와 함께 참여해 이온음료를 제공하고 개인용 냉방 장비를 체험할 수 있는 프로그램도 운영해 근로자들의 관심과 참여를 높였다. IPARK현대산업개발 관계자는 “기록적인 폭염이 이어지는 만큼 근로자들이 충분한 휴식과 수분·전해질 섭취를 할 수 있도록 지도하고 있다”며 “경영진이 직접 현장을 찾아 근로자들과 소통하고 IPARK 고드름 캠페인을 지속 확대해 안전보건 문화를 더욱 강화해 나가겠다”고 말했다. 김대헌 호반그룹 사장, 차세대 과학 인재 만나 도전과 성장 응원 호반그룹은 김대헌 기획총괄사장이 서울대학교에서 열린 'K-과학인재 아카데미 고등학생 캠프'를 찾아 참가 학생들을 격려했다고 5일 밝혔다. 이번 방문은 K-과학인재 아카데미의 첫 교육 프로그램이 본격적으로 운영되는 현장을 직접 살펴보고 미래 과학기술 인재들의 도전과 성장을 응원하기 위해 마련됐다. K-과학인재 아카데미는 호반그룹과 서울대학교가 함께 추진하는 미래 과학기술 인재 육성 플랫폼이다. 기업과 대학이 협력해 우수 인재를 발굴하고 연구와 교육, 산업 현장을 연결하는 새로운 인재 육성 모델을 구축하는 것이 목표다. 올해 처음 열린 고등학생 캠프는 전국의 과학 분야 우수 고등학생을 대상으로 지난 3일부터 서울대학교에서 2박 3일 일정으로 진행됐다. 약 300명이 지원해 10대 1의 경쟁률을 뚫고 최종 30명이 선발됐다. 참가 학생들은 서울대 교수진과 연구진의 지도를 받아 다양한 프로그램에 참여했다. 김대헌 사장은 서울대 연구실을 방문해 학생들의 연구 활동을 둘러보며 과학기술 분야에 대한 도전 정신을 응원했다. 이어 캠프를 준비한 서울대 교수진과 관계자들에게 감사의 뜻을 전하고 우수한 과학기술 인재 육성을 위한 산학 협력의 중요성을 강조했다. 김대헌 사장은 “호반그룹은 K-과학인재 아카데미를 통해 기업과 대학이 함께 미래 인재를 육성하는 새로운 교육 생태계를 만들어 가겠다”며 “청소년과 청년들이 세계를 무대로 성장할 수 있도록 지속적인 지원을 이어가겠다”고 말했다. 대방건설, 2026년 시공능력평가 22위…평가액 2조 3058억원 대방건설이 국토교통부가 발표한 2026년도 시공능력평가에서 지난해와 같은 종합 22위를 기록했다고 5일 밝혔다. 시공능력평가는 건설업체의 최근 3년간 공사실적과 자본금·재무구조 등 경영상태, 기술인 보유 현황 등 기술능력, 환경·안전 등 신인도를 종합평가해 시공 역량을 금액으로 산정하는 제도다. 건설산업기본법 제23조에 따라 매년 7월 말 공시되며 공공공사 입찰과 민간 시공사 선정, 신용평가 등에 활용된다. 대방건설의 토목건축공사업 시공능력평가액은 2조3058억원으로 집계됐다. 지난해보다 6.1% 늘었다. 세부 공종별 공사실적에서는 기타토목공사 분야가 1475억원으로 전국 6위, 기타조경공사 분야가 304억원으로 전국 8위를 기록했다. 조경 부문 실적은 323억원으로 전국 10위였다. 재무구조는 지난해 말 별도재무제표 기준 자산총계 3조6719억원, 자본총계 1조9790억원으로 나타났다. 현금 및 현금성 자산은 2177억원, 단기대여금은 1조1226억원이며 유동비율은 338.36%, 부채비율은 85.54%, 차입금 의존도는 26.26%로 집계됐다. 대방건설은 주택사업을 중심으로 도시정비사업과 공공사업으로 사업 영역을 넓히고 있다. 최근 한국토지주택공사가 발주한 과천과천 공공주택지구 조성공사 1공구를 수주했으며 주택 브랜드 디에트르로는 올해 4월 옥정중앙역 디에트르를 분양했다. 하반기에도 신규 단지 공급을 준비하고 있다고 회사는 밝혔다. 대방건설 관계자는 “건설경기 불확실성이 이어지는 가운데서도 안정적인 재무구조와 축적된 시공 역량을 바탕으로 시공능력평가 순위를 꾸준히 유지하고 있다”며 “주택사업뿐 아니라 공공사업과 도시정비사업 등 다양한 분야로 사업을 확대하고 차별화된 상품 경쟁력과 시공 역량을 기반으로 지속 가능한 성장 기반을 더욱 공고히 해 나가겠다”고 말했다.
2026-08-05 17:14:28
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KAIST, ESS 전해질 생산 67% 단축…흐름전지 원가 병목 풀었다
[경제일보] 대용량 에너지저장장치(ESS)용 바나듐 전해질의 생산 시간을 67% 줄이는 공정이 나왔다. 흐름전지는 전해질 자체가 전기를 저장하는 매질이어서 전지 가격의 30~50%가 전해질에서 나온다. 생산 공정을 줄이는 일이 곧 시스템 가격을 건드리는 구조다. KAIST는 김희탁 생명화학공학과 교수 연구팀이 바나듐 레독스 흐름전지(VRFB)의 초기 구동용 전해질인 'V3.5+'를 빠르게 생산하는 공정을 개발했다고 5일 밝혔다. VRFB는 바나듐이 녹은 액체 전해질을 외부 탱크에 담아 순환시키며 충·방전한다. 탱크를 키우면 저장 용량이 늘어 출력과 용량을 따로 설계할 수 있고, 물을 기반으로 한 전해질이라 발화 위험이 낮다. 24시간 멈출 수 없는 AI 데이터센터의 보조 전원이나 태양광·풍력의 출력 변동을 받아내는 장주기 저장 용도로 거론되는 이유다. 문제는 그 전해질을 만드는 데 걸리는 시간이었다. 기존 공정은 5가 바나듐 전구체를 환원제로 4가까지 낮춘 뒤, 전기를 흘려 3.5가로 맞추는 2단계를 거친다. 마지막 전기분해 단계가 설비값과 전력비를 동시에 잡아먹으면서 대량 생산의 발목을 잡아왔다. 연구팀이 짚어낸 것은 병목의 위치다. 화학 환원은 평균 산화수가 약 +4.1에 이르는 지점부터 반응 속도가 급격히 떨어졌다. 연구팀은 바로 이 지점에서 전기분해 대신 백금-탄소(Pt/C) 촉매를 투입하도록 전환 시점을 다시 잡았다. 공정 전체를 바꾸는 대신 가장 느린 구간만 갈아 끼운 셈이다. 전환 시점을 앞당길 수 있었던 근거는 촉매 수명 분석에 있다. 강한 산화성 전해액 안에서 Pt/C 촉매는 탄소 지지체가 부식되고 백금 입자가 뭉치며 성능이 떨어진다. 연구팀은 촉매가 안정적으로 버티는 산화수 범위를 열역학적으로 규명하고, 촉매가 열화되면 반응 속도 상수가 줄어 생산 시간이 늘어난다는 점에 착안해 속도론 기반 가속 수명 평가법을 새로 만들었다. 이를 통해 2500회 이상 반복 생산에도 성능이 유지되는 것을 확인했다. 생산 시간은 기존의 3분의 1 수준으로 줄었고, 환원제로 쓴 옥살산 잔류물도 함께 제거됐다. 이번 성과는 김 교수팀이 7년 가까이 이어온 작업의 연장선에 있다. 연구팀은 2019년 한국에너지기술연구원과 함께 전기분해를 촉매 반응으로 대체하는 공정을 내놓아 생산 비용을 40% 낮췄고, 2021년에는 대용량 촉매 반응기로 연속 생산을 실증했다. 당시 남아 있던 과제가 화학 환원과 촉매 환원 사이의 전환 지점을 어디로 잡느냐였고, 이번 연구가 그 답을 산화수 수준에서 제시했다. 산업 적용을 좌우하는 대목은 설비 교체가 필요 없다는 점이다. 이미 상용화된 촉매를 쓰기 때문에 현재 가동 중인 바나듐 전해질 라인에 그대로 얹을 수 있다. 이번 연구는 롯데케미칼 지원으로 수행됐고, 관련 공정 기술은 롯데케미칼과 공동으로 국내 특허 등록을 마쳤다. 해외 특허도 출원 상태다. 롯데케미칼은 2019년부터 바나듐 전해액 사업을 준비해 왔고 2022년 바나듐 배터리 기업 스탠다드에너지에 650억원을 투입해 2대 주주에 올랐다. 전해액 국산화 측면에서도 의미가 있다. 국내 바나듐 전해액은 그동안 수입 의존도가 높았고, 중국 업체들이 수직계열화를 앞세워 저가 공급에 나서면서 가격 격차가 벌어져 있다. 국내 ESS 보급의 주된 통로인 전력거래소 중앙계약시장 물량은 리튬인산철(LFP) 배터리가 대부분 가져갔다. 흐름전지가 이 판에 끼려면 안전성 논리만으로는 부족하고 전해질 원가부터 낮춰야 한다. 김희탁 교수는 "이번 연구는 대용량 배터리 상용화의 가장 큰 숙제였던 전해질 생산 과정을 반응공학적으로 정밀 분석해 새롭게 설계한 성과"라며 "촉매가 전해액 환경에서 손상되지 않고 안정적으로 작동하는 조건을 과학적으로 규명해 산업 현장의 생산 병목을 해결한 만큼 대용량 에너지저장 기술의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대한다"고 말했다. 연구는 석경화 박사과정이 제1저자로 주도했다. 결과는 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈에 지난 5월 7일 온라인 게재됐고, 9월 초 공개되는 34호 표지논문으로 선정됐다.
2026-08-05 14:09:16
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폭염 속 '급성콩팥손상' 경고…고령층 환자 급증
[경제일보] 연일 이어지는 폭염 속에서 단순한 탈수를 넘어 신장 기능까지 위협하는 ‘급성콩팥손상’ 환자가 여름철에 집중되는 것으로 나타났다. 특히 고령층에서 발생 비중이 압도적으로 높아 각별한 주의가 요구된다. 26일 건강보험심사평가원에 따르면 2023년부터 2025년까지 6∼8월 급성콩팥손상으로 의료기관을 이용한 누적 환자 수는 총 7만6886명이었으며 이 가운데 고령층 비율이 두드러졌다. 2024년 기준 전체 환자의 약 76.58%가 60세 이상이었고 80세 이상 환자 비중도 31.31%에 달했다. 여름철 환자 비중 역시 다른 계절보다 높은 것으로 확인됐다. 2023년과 2024년 전체 환자 가운데 6∼8월 환자가 차지하는 비율은 각각 27.97%, 27.55%로 집계됐다. 이는 고온 환경과 탈수 위험이 콩팥 건강에 직접적인 영향을 미친다는 점을 보여준다. 고령층이 특히 취약한 이유는 신체 노화와 밀접한 관련이 있다. 나이가 들수록 체내 총 수분량이 감소하고 콩팥의 소변 농축 능력과 탈수 상황에서 기능을 유지하는 능력도 함께 떨어진다. 여기에 갈증을 느끼는 감각까지 둔해지면서 수분 부족 상태를 인지하지 못하는 경우가 많다. 거동이 불편하거나 인지 기능이 저하된 노인의 경우 스스로 물을 챙겨 마시기 어려워 탈수 위험은 더욱 커진다. 탈수가 발생하면 혈액량이 줄어들고 이에 따라 콩팥으로 공급되는 혈류도 감소한다. 콩팥은 혈액을 걸러 노폐물을 배출하는 기관인 만큼 혈류가 줄면 기능이 급격히 저하돼 급성콩팥손상으로 이어질 수 있다. 당뇨병, 고혈압, 만성콩팥병, 심부전 등 기저질환이 있는 환자는 위험이 더 크다. 이러한 환자들은 경미한 탈수에도 콩팥 기능이 쉽게 악화될 수 있다. 또한 비스테로이드성 소염진통제나 이뇨제를 복용 중이거나 탈수 상태에서 일부 혈압약을 계속 복용하는 경우에도 손상 위험이 높아질 수 있다. 구토, 설사, 발열 등으로 수분 섭취가 어려운 상황에서는 기존과 동일하게 약을 복용하기보다 의료진과 상담을 통해 약제 조정 여부를 확인하는 것이 필요하다. 급성콩팥손상은 조기에 발견하면 수액 치료 등으로 대부분 회복이 가능하다. 하지만 치료 시기를 놓치거나 손상이 심할 경우 만성콩팥병으로 진행될 수 있고 심하면 투석 치료가 필요할 정도로 악화될 수 있다. 차진주 고려대병원 신장내과 교수는 “노화로 인해 신장 기능이 저하된 상태에서 폭염으로 탈수가 겹치면 급성콩팥손상으로 이어질 수 있다”며 “어르신들은 갈증을 느끼지 않더라도 일정한 간격으로 물을 나누어 마시는 습관이 중요하다”고 설명했다. 이어 “소변량이 눈에 띄게 줄거나 색이 지나치게 짙어지는 경우, 어지럼증, 무기력감, 식욕 저하, 부종, 호흡곤란 등의 증상이 나타나면 단순한 더위로 넘기지 말고 병원을 방문해 콩팥 기능과 전해질 상태를 확인해야 한다”고 강조했다. 다만 모든 사람에게 무조건적인 수분 섭취 증가가 권장되는 것은 아니다. 심부전이나 진행된 만성콩팥병, 투석 환자의 경우 과도한 수분 섭취가 오히려 부종이나 호흡곤란을 악화시킬 수 있다. 이 경우 반드시 의료진과 상의해 개인 상태에 맞는 적절한 수분 섭취량을 정해야 한다. 특히 혼자 생활하는 고령층의 경우 탈수 징후를 스스로 인지하기 어려운 만큼 여름철에는 가족과 주변의 세심한 관찰과 관리가 필요하다고 강조한다.
2026-07-26 07:00:00
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