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연구성과
‘글자가 그림이 되는 순간’, 이미지 생성 AI 메커니즘 규명… AAAI 2026에서 발표
대학원 인공지능학과 정희철 교수팀이 AI 이미지 생성 모델 내부에서 텍스트가 시각 정보로 변환되는 메커니즘을 규명하고, 이를 활용해 특정 개념을 정밀하게 제어하는 기술을 개발했다. 이 연구 결과는 1월 20일부터 26일까지 싱가포르에서 열린 인공지능 분야 최정상급 국제학술대회인 ‘AAAI 2026’에서 발표됐다. AAAI 2026에는 약 2만9천편의 논문이 제출됐으며, 본 심사에 진입한 2만3,680편 가운데 4,167편(17.6%)만이 채택돼 발표됐다. 이번 연구의 핵심은 이미지 생성 AI의 핵심 구조인 ‘교차 주의집중(cross-attention)’ 내부 회로를 스펙트럼 성분 단위로 나눠 분석해, 텍스트 의미가 이미지 개념으로 전달되는 내부 경로를 밝혀낸 데 있다. 스테이블 디퓨전(Stable Diffusion)과 같은 텍스트-이미지 생성 모델은 교차 주의집중을 통해 텍스트 정보를 시각적 특징으로 변환하지만, 내부 작동 방식은 그동안 명확히 설명되지 않았다. 정희철 교수팀은 교차 주의집중을 ‘어디에 주목할지’를 결정하는 QK 회로와 ‘무엇을 생성할지’를 결정하는 OV 회로로 구분해 분석했다. 특히 AI 내부에서 하나의 처리 단위가 여러 개념을 동시에 담당하는 특성을 고려해, 전체 구조가 아닌 내부의 ‘스펙트럼 성분’ 단위로 분석 범위를 넓혔다. 분석 결과 ‘반 고흐 화풍’, ‘네온 조명’, ‘누드’와 같은 개념이 모델 전체에 흩어져 있는 것이 아니라, 특정 10~20%의 스펙트럼 성분에 집중적으로 인코딩되어 있음을 확인했다. 이는 특정 개념을 담당하는 ‘전용 경로’가 존재한다는 의미라고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 이러한 원리를 활용해 ‘스펙트럼 무효화(Spectral Nullification)’라는 개념 제어 기법을 제안했다. 이 기법은 모델을 다시 학습하지 않고도 특정 개념과 관련된 스펙트럼 성분만 선택적으로 제거해, 부적절한 콘텐츠 생성을 차단할 수 있다. 정희철 교수는 “기존 연구들이 ‘어디에’ 개념이 나타나는지를 분석했다면, 이번 연구는 ‘어떻게’ 텍스트가 시각 정보로 변환되는지 내부 메커니즘을 수학적으로 규명한 최초의 시도이다. 신뢰할 수 있는 생성형 AI 개발의 중요한 기반이 될 것이다.”라고 밝혔다. 이번 연구의 교신저자는 정희철 교수, 제1저자는 인공지능학과 배준현 박사과정생이며, 공동저자로는 인공지능학과 조원용 박사과정생과 컴퓨터학부 이재협 교수가 참여했다.
“When Words Become Images”: Uncovering the Mechanism of Image Generating AI, Presented at AAAI 2026
A research team led by Professor Heechul Jung of the Department of Artificial Intelligence at the KNU Graduate School has uncovered the internal mechanism by which text is transformed into visual information within AI image generation models and developed a technique to precisely control specific concepts based on this mechanism. The findings were presented at the 40th Annual AAAI (Association for the Advancement of Artificial Intelligence) Conference on Artificial Intelligence, one of the world’s premier international conferences in artificial intelligence, held in Singapore from January 20 to 26. AAAI 2026 received approximately 29,000 paper submissions, of which 23,680 advanced to the main review stage. Only 4,167 papers (17.6%) were accepted for presentation. The core contribution of this study lies in identifying the internal pathways through which textual meaning is translated into visual concepts by analyzing the circuitry of cross-attention, a key architectural component of image generation AI, at the level of individual spectral components. Text-to-image generation models such as Stable Diffusion convert textual information into visual features through cross-attention mechanisms; however, their internal operating principles have remained largely unexplained. Professor Jung’s team analyzed cross-attention by separating it into the QK circuit, which determines where to attend, and the OV circuit, which determines what to generate. Recognizing that a single processing unit within AI models can represent multiple concepts simultaneously, the researchers expanded their analysis beyond the overall structure to focus on internal spectral components. The analysis revealed that concepts such as “Van Gogh style,” “neon lighting,” and “nudity” are not distributed evenly across the model, but are instead densely encoded within only 10–20% of specific spectral components. According to the research team, this indicates the existence of dedicated internal pathways responsible for particular concepts. Based on this insight, the team proposed a concept-control technique called “Spectral Nullification.” This method selectively removes only the spectral components associated with specific concepts, notably without retraining the model, thereby enabling the suppression of inappropriate or undesired content generation. Professor Jung remarked, “While previous studies focused on where concepts appear within a model, this research is the first to mathematically elucidate how text is transformed into visual information at the level of internal mechanisms. This work will serve as an important foundation for the development of trustworthy generative AI.” Professor Heechul Jung served as the corresponding author of the study. Jun-Hyun Bae, a doctoral student in the Department of Artificial Intelligence, was the first author. Co-authors include Wonyong Jo, a doctoral student in the same department, and Professor Jaehyup Lee of the School of Computer Science. <사진 왼쪽부터 정희철 교수, 배준현 박사과정생 / Photo (left to right): Professor Heechul Jung, doctoral student Jun-Hyun Bae>
2026-01-27
경북대-충남대, 전기차∙에너지저장장치용 차세대 배터리 상태진단 기술 제시
AI·임피던스 융합 기술로 배터리 수명 정확도 획기적 향상
스마트모빌리티공학과 오지민 교수와 충남대 김종훈 교수의 공동 연구를 통해 전기차 및 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)에 사용되는 리튬이온 배터리의 상태 건강도(State of Health, SOH)를 고정밀로 예측할 수 있는 새로운 진단 기술을 개발했다. 이번 연구는 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)과 인공지능 LSTM(Long Short-Term Memory)을 결합하고, 계층적 의사결정기법(AHP, Analytic Hierarchy Process)을 적용해 배터리 열화에 민감하면서도 온도와 충전상태(State of Charge, SOC) 변화에는 강인한 핵심 임피던스 인자를 선별한 것이 특징이다. 기존 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 전압·전류 기반 신호에 의존해 열화, 온도, SOC 변화에 취약했던 한계를 효과적으로 극복했다. 연구진은 고용량 파우치형 리튬이온 배터리를 대상으로 50사이클 간격으로 임피던스 데이터를 측정하고, SOC(0~100%)와 온도(0~45℃)를 폭넓게 변화시키며 실험을 수행했다. 주파수별 임피던스 분산 특성을 정량화한 뒤, 상관 분석과 AHP를 통해 SOH에 최적화된 단일 주파수 대역을 도출했다. 여기에 특정 주파수(약 63 Hz)의 허수 임피던스를 활용한 데이터 기반 온도 보정 기법을 추가해 진단 신뢰성을 더욱 향상시켰다. 이렇게 선별된 임피던스 특징을 LSTM 모델에 입력한 결과, 최대 오차 2% 수준(MAE 1.68%)의 높은 SOH 예측 정확도를 달성했으며, 다수의 주파수를 요구하던 기존 EIS 방식 대비 측정 부담을 크게 줄이면서도 실용성을 확보했다. 본 연구는 ▲임피던스 기반 핵심 인자 선별 ▲다기준 의사결정 기법(AHP) 적용 ▲온도 보정 ▲AI 기반 SOH 예측으로 이어지는 4단계 통합 진단 파이프라인을 제시하며, 향후 전기차 배터리 관리 시스템, 에너지저장장치, 스마트 진단 플랫폼에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 이번 성과는 배터리 안전성과 수명 예측 정확도를 동시에 향상시킬 수 있는 차세대 진단 기술이다. 오지민 교수는 “이번 연구는 배터리의 상태 및 건강 상태 진단 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 배터리 통합 진단 파이프라인을 구축한 점에서 높이 평가받았다. 또한, 다양한 배터리 충전 상태나 동작 온도 상태에 따라 달라질 수 있는 복잡한 배터리 내부 전기화학 반응을 모두 이해하지 않더라도, 높은 정확도로 건강 상태를 예측했다. 본 기반 기술을 통해 극한 환경, 급속 충전, 고안전성 등 다양한 배터리의 요구사항을 만족할 배터리 신소재 개발과 함께, 배터리 조기 상태 및 안전 진단이 가능한 통합 배터리 플랫폼 구축이 가능해졌다. 이는 드론, 로봇, 휴머노이드, 우주환경에 적용할 배터리 개발에 크게 기여할 것이다.”고 밝혔다. 이번 연구의 제1저자는 충남대 이재형 석사과정생, 교신저자는 충남대 김종훈 교수, 경북대 오지민 교수다. 연구 결과는 에너지 및 연료전지 분야 최고 수준의 국제 학술지인 Journal of Energy Storage (인용지수=9.8) 1월 13일자에 온라인 출판됐다. *Journal: Journal of Energy Storage
2026-01-27
화학과·생물학과 공동 연구팀, 간암 세포만 골라 붙잡는 ‘표적 하이드로젤’ 개발
화학과 이규의 교수와 생물학과 김은정 교수팀이 간암 세포에 선택적으로 달라붙어 약물을 전달하고, 방출 이후에도 종양 부위에 머무는 새로운 간암 치료 플랫폼을 개발했다. 이번 연구는 간암 치료에 활용 가능성이 높은 식물 유래 폴리페놀 약물의 약점을 보완하는 데 초점을 맞췄다. 폴리페놀 계열 약물은 항암·항염 효과가 뛰어나지만, 체내 대사가 빠르고 반감기가 짧아 종양 부위에 충분히 축적되기 어렵다는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 젤 형태의 약물 운반체인 하이드로젤을 설계하고, 간암 세포 표면에 많이 존재하는 ‘시알산(sialic acid)’을 표적으로 삼았다. 간암 세포는 정상 세포보다 시알산 발현이 현저히 높은데, 이 특징을 이용해 암세포를 스스로 찾아가는 전달 구조를 구현한 것이다. 하이드로젤의 핵심은 보론산 작용기다. 이 물질은 약물을 붙잡는 역할을 하면서 동시에 간암 세포 표면의 시알산과 결합해, 하이드로젤이 종양 부위에 선택적으로 모이도록 돕는다. 특히 이 시스템은 ‘방출 후 재흡착’ 방식으로 작동한다. 종양의 산성 환경에서 약물이 방출된 뒤, 보론산 작용기가 다시 노출돼 간암 세포 표면의 시알산과 결합하면서 운반체가 종양 부위에 머무는 구조다. 실험 결과는 소재의 유효성을 뚜렷하게 보여줬다. 체외 세포 실험에서 간암 세포(HepG2)의 하이드로젤 섭취량은 정상 세포보다 약 21배 높았고, 암세포 이동은 96.2% 억제됐다. 간암 마우스 모델에서도 하이드로젤 투여군은 종양의 크기와 개수가 눈에 띄게 줄었다. 치료 후 생화학 지표에서도 간 기능 개선이 뚜렷했다. 마우스 혈청에서 ALT(알라닌 아미노기전이효소)와 빌리루빈 수치가 유의하게 낮아졌고, 염증성 사이토카인 발현도 감소했다. 조직 병리 분석에서는 간 섬유화가 크게 완화돼, 항암 효과와 함께 항염 및 간 보호 효과가 동반되는 다중 치료 효과를 보여줬다. 이규의 교수는 “천연 항암 물질의 불안정성을 분자 설계로 보완하고, 간암 세포를 인식해 붙잡았다가 약물을 내보낸 뒤에도 다시 고정되는 전달 구조를 구현했다. 이 방식은 다른 폴리페놀 계열 약물로도 확장할 수 있어 부작용을 줄이면서 치료 효율을 높이는 데 기여할 수 있을 것이다.”라고 말했다 이번 연구의 교신저자는 이규의 교수와 김은정 교수이며, 제1저자는 화학과 학위강 석박사통합과정생과 생물학과 김현지 석박사통합과정생이다. 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업과 교육부의 G-램프(G-LAMP)사업, 한국보건산업진흥원의 연구중심병원육성R&D사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘머터리얼즈 투데이 바이오(Materials Today Bio)’ 1월 8일 온라인판에 게재됐다. *Title of original paper: Sialic acid–guided spatiotemporal hydrogel therapy for liver cancer *Abstract Efficient delivery of plant-derived polyphenolic drugs to tumor sites in hepatocellular carcinoma (HCC) is challenging due to their rapid metabolism and the limited tumor-targeting capacity of current therapeutic strategies. To overcome these limitations, we developed a pH-responsive hydrogel-based drug delivery system (PA–CB) composed of a chitosan backbone functionalized with boronobenzoic acid (CB) and crosslinked with protocatechualdehyde (PA). Within this scaffold, protocatechuic acid (PCA) was incorporated as a model therapeutic agent to demonstrate the platform's ability to achieve controlled, pH-responsive release and to impart anticancer, anti-inflammatory, and antifibrotic effects through the action of the drug. The hydrogel, stabilized via boronate ester and Schiff-base linkages, maintained integrity under physiological conditions while enabling drug markedly enhanced anticancer efficacy in vitro compared to free PCA, including a near-complete reduction of HepG2 cell viability, migration, and colony formation, along with increased apoptosis. This enhanced antitumor efficacy was due to CB-mediated recognition of sialic acid residues on HCC cells, which facilitated tumor-selective accumulation and sustained drug release. Intraperitoneal administration of the hydrogel in an HCC mouse model significantly reduced tumor burden, hepatic inflammation, and fibrosis, while improving liver function markers. Histological assessments confirmed alleviation of liver injury, and quantitative polymerase chain reaction analyses revealed decreased expression of proinflammatory cytokines. Collectively, these results highlight this hydrogel platform as a robust strategy to stabilize phenolic drugs, achieve tumor-targeted delivery, and enable controlled release. These findings highlight its potential as an advanced therapeutic approach for HCC and a versatile framework applicable to other polyphenolic agents in oncology. *Journal: Materials Today Bio *Ｗeb Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590006426000268 <그림은 개발된 간암 치료용 하이드로젤의 작용 모식도: 시알산 표적화 및 산 감응형 약물 방출을 통해 암세포를 제거하고 간 염증을 억제하는 치료 과정> <사진 왼쪽부터 이규의·김은정 교수, 학위강·김현지 석박사통합과정생>
2026-01-22
신소재공학과 이상욱 교수팀, 고성능 근적외선 센서용 유무기 하이브리드 반도체 단결정막 저온 성장 기술 개발
신소재공학과 이상욱 교수팀이 저밴드갭 페로브스카이트 광반도체를 저온에서 투명전극 위에 단결정막으로 성장시키는 공정을 개발하고, 이를 기반으로 고성능 근적외선(NIR) 센서 단위소자를 구현하는데 성공했다. 이번 성과는 향후 의료 영상, 보안 감지, 자율주행 센서 등 다양한 응용 분야로의 활용이 기대된다. 할라이드 페로브스카이트는 우수한 광흡수 특성과 전하 이동 특성, 그리고 용액 공정 기반의 저비용 제조 가능성으로 차세대 광전자소자 분야에서 큰 주목을 받고 있다. 특히, 저밴드갭 페로브스카이트는 가시광선뿐 아니라 근적외선 영역까지 흡수할 수 있으므로 더 넓은 스펙트럼의 빛을 전기 신호나 에너지로 변환할 수 있어, 고효율 탠덤 태양전지와 광센서 개발에 유망한 소재로 평가된다. 다만, 기존의 다결정막 형태의 저밴드갭 페로브스카이트는, 복잡한 결정 성장 거동과 높은 결정 결함 밀도, 구조적 비균질성으로 인해 외부환경에 의한 산화에 취약하다는 한계가 있었다. 최근에는 이를 해결하기 위해 기존의 다결정막 대신 단결정막을 기판 상에 형성하는 연구가 주목받고 있다. 연구팀은, 페로브스카이트 전구체의 금속–용매 배위 세기를 조절해 용액을 안정화하고 핵 생성 장벽을 저하시켜, 40도씨 이하의 저온에서 저밴드갭 페로브스카이트 단결정을 성장시킬 수 있었다. 또한, 이 공정을 적용하여 전하수송층이 증착된 투명전극 위에 단결정막을 성장시켜 소자를 제작하여, 기존 소자 대비 광신호에 대한 응답도가 높으며 해당 특성이 2만5000회 이상의 반복 작동 이후에도 안정적으로 유지됨을 확인했다. 단결정막 소자의 우수한 광전 특성이 동일 조성의 다결정막 대비 약 1000배 낮은 전하 트랩 밀도에 기인한 것으로 분석했다. 이상욱 교수는 “이번 연구는 단결정 페로브스카이트 연구를 실제 소자 구현 단계까지 확장한 의미 있는 성과”라며 “차세대 고성능 근적외선 센서 개발을 위한 중요한 기술적 기반이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 Nano-Micro Letters(IF 36.3, JCR 상위 1.0%)에 게재됐다. 교신저자는 신소재공학과 이상욱 교수이며, 제1저자는 Rajendra Kumar Gunasekaran 박사(박사후연구원)와 남지훈 박사과정생이다. 본 연구는 한국연구재단이 지원하는 미래융합기술파이오니어사업과 단계도약형 탄소중립기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. (Nano-Micro Lett.(2026) 18:141) *Title of original paper: Monolithic Integration of Redox-Stable Sn–Pb Halide Perovskite Single-Crystalline Films for Durable Near-Infrared Photodetection *Abstract Tin–lead (Sn–Pb) halide perovskite single crystals combine narrow bandgaps, long carrier diffusion lengths, and low trap densities, positioning them as ideal candidates for near-infrared (NIR) optoelectronics. However, conventional growth strategies rely on bulk crystallization at elevated temperatures, leading to uncontrolled nucleation, Sn2+ oxidation, and poor compatibility with planar integration. Here, we develop a coordination-engineered crystallization strategy that enables direct, low-temperature growth of micrometer-thick Sn–Pb single-crystal thin films on device-compatible substrates. By modulating metal–solvent coordination strength using a low-donor number cosolvent system, we delineate a narrow processing window that stabilizes precursor speciation, lowers the nucleation barrier, and guides directional crystal growth under mild thermal conditions (< 40 °C). The resulting crystal films exhibit smooth morphology, high crystallinity, compositional uniformity, and ultralow trap densities (~ 3.98 × 1012 cm−3). When integrated into NIR photodetectors, these films deliver high responsivity (0.51 A W−1 at 900 nm), specific detectivity up to 3.6 × 1012 Jones, fast response (~ 188 μs), and > 25,000 cycles of ambient operational stability. This approach establishes a scalable platform for redox-stable, low-temperature growth of Sn–Pb perovskite crystal films and expands the processing–structure–function landscape for next-generation infrared optoelectronics. *Journal: Nano-Micro Letters *Ｗeb Link: https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-01991-y <사진 왼쪽부터 Rajendra Kumar Gunasekaran 박사, 남지훈 박사과정생, 이상욱 교수>
2026-01-22
전자공학부·화학공학과 공동연구팀, 색소·복잡 공정 없는 나노 컬러 소자 개발…차세대 광학 기술로 주목
물감 같은 색소 성분을 이용하지 않고 복잡한 미세 가공 공정 없이 다양한 색을 구현할 수 있는 광학 소자 기술이 개발돼 차세대 디스플레이와 보안·디자인 분야로의 활용 가능성이 기대된다. 전자공학부 도윤선 교수와 화학공학과 정수환 교수팀은 색소나 물감을 사용하지 않고, 복잡한 리소그래피 과정을 생략하고도 예술 작품 수준의 다채로운 색상을 구현할 수 있는 새로운 광학 소자 기술을 개발했다. 구조색은 나비 날개나 공작새 깃털처럼 물감 없이도 미세한 구조가 빛과 상호작용하며 색을 만들어내는 방식으로, 색이 바래지 않고 내구성이 뛰어나다는 장점이 있다. 기존 나노 구조색 기술은 색을 구현하기 위해 반도체 공정에 쓰이는 리소그래피 방식을 사용했다. 머리카락보다 훨씬 작은 미세 무늬를 정밀하게 새겨야 해 공정이 복잡하고 비용이 높으며, 대면적 제작이 어렵다는 한계가 있었다. 연구팀은 미세 패턴을 새기는 방식 대신, ‘양극산화 알루미늄(AAO)’을 나노 구조색 설계에 활용하는 방법을 제안했다. AAO는 알루미늄이 산화하는 과정에서 아주 작은 구멍(기공)이 규칙적으로 형성되는 소재로, 별도의 정밀 가공 없이도 나노 구조를 만들 수 있다. 이 구조에서는 AAO 내부 기공의 크기와 간격에 따라 빛이 지나가는 성질이 달라져, 소자의 두께를 바꾸지 않아도 서로 다른 색이 나타난다. 이 방식은 복잡한 리소그래피 공정을 사용하지 않고도 하나의 동일한 구조 안에서 여러 색을 구현할 수 있다는 점에서 기존 구조색 기술과 차별된다. 연구팀은 이 기술을 활용해 한 장의 패널 위에 여러 색이 공존하는 이미지를 구현했으며, 프랑스 화가 앙리 마티스의 작품을 모티브로 한 그림도 재현했다. 휘어지는 플라스틱 기판에서도 같은 색 구현이 가능해, 웨어러블 디스플레이나 곡면형 광학 소자로의 확장 가능성도 확인됐다. 양극산화 공정은 항공기 부품이나 대면적 알루미늄 표면 처리에 이미 사용되는 산업 공정이다. 연구팀은 이러한 기존 공정을 구조색 구현에 적용해 공정 호환성과 대면적 확장성도 높다고 설명했다. 도윤선 교수는 “기존 나노 컬러 기술의 가장 큰 장벽이었던 복잡한 미세 가공 공정을 AAO 기공 구조 제어라는 새로운 설계 방식으로 대체했다는 점에서 의미가 크다. 색을 두께가 아니라 빛의 성질로 제어하는 새로운 구조색 설계 개념이 양산성을 확보하며 디스플레이와 보안·위조방지, 예술·디자인 분야로 확장될 수 있을 것이다.”라고 말했다. 이번 연구는 전자공학부 조효종 박사과정생이 제1저자로 참여했으며, 산업통상부의 산업기술알키미스트프로젝트와 한국연구재단의 STEAM연구사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons)의 표지논문으로 지난해 12월 7일자에 게재됐다. *Title of original paper: Artwork-like multicolor structural coloration via spatially patterned anodic aluminum oxide with uniform-cavity design *Abstract Conventional dye-based color filters suffer from limited chemical stability and environmental durability. Structural color technologies that exploit nanophotonic phenomena offer a promising alternative; however, fabricating intricate nanostructures and multicolored patterns over a large area remains a significant challenge. Here, we present a scalable approach to artwork-like coloration by using spatially patterned anodic aluminum oxide (AAO) as the dielectric layer in metal–insulator–metal (MIM) cavities. Local modulation of the anodization conditions on a single aluminum film allows precise engineering of the effective refractive index values of the AAO layer. This introduces a conceptual shift: resonance is decoupled from geometrical factors and governed instead by porosity-driven refractive index modulation, a new design lever for nanophotonics. Consequently, diverse color domains are generated within a single cavity profile, enabling planar integration. Artwork-like multicolor patterns with aesthetic and functional impact are achieved on centimeter-scale substrates, and, because anodization is already an industrially established large-area process (used even in aircraft components), the method is inherently scalable to much larger surfaces. *Journal: Materials Horizons *Ｗeb Link: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/mh/d5mh01677k <사진 왼쪽부터 정수환 교수, 조효종 박사과정생, 도윤선 교수>
2026-01-21
에너지공학부 차효정 교수팀, 이중 전자수용체 설계로 고효율 수소 발생용 유기 광촉매 개발
에너지공학부 차효정 교수 연구팀은 한국교통대학교 이지훈 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 이중 전자수용체 구조를 갖는 선형 공액 고분자 광촉매를 설계하고, 이를 통해 광촉매 수소 발생 효율을 획기적으로 향상시키는 데 성공했다고 밝혔다. 본 연구는 전자 친화력이 강한 두 종류의 수용체 단위를 하나의 고분자에 통합하고, 분자 구조와 계면 특성을 정밀 제어함으로써 전하 분리 및 전달 효율을 동시에 개선한 것이 핵심 성과다. 연구팀은 디벤조[b,d]티오펜 설폰(DBS)과 2,1,3-벤조티아디아졸(BT)을 이중 전자수용체로 포함하는 공액 고분자(PBT)를 합성했다. 해당 고분자는 강한 전자 인출 특성을 지니지만, 본래의 소수성으로 인해 입자 응집이 심하고 전자의 양성자 전달이 제한되는 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 BT 단위에 플루오린(F) 치환기와 에틸렌글라이콜(EG) 작용기를 도입해 분자 평면성과 친수성을 동시에 향상시켰다. 그 결과, 분자 개질된 고분자에서는 엑시톤 및 전하 재결합이 효과적으로 억제되고, 전하 분리와 추출 효율이 크게 향상됨을 확인했다. 시간분해 광발광(Tr-PL) 및 과도 흡수 분광(Transient Absorption) 분석 결과, EG 작용기가 도입된 고분자는 엑시톤 수명이 유의미하게 증가했으며, 초기 시간 영역에서 강한 광유도 흡수 신호를 나타내 효율적인 전하 생성과 비방사성 재결합 억제를 동시에 달성한 것으로 분석됐다. 또한 이러한 분자 설계는 응집 도메인 내 전하 축적을 완화하고, 전자의 양성자 전달을 가속화하는 데 기여했다. 특히 디플루오린 치환과 테트라-에틸렌글라이콜 작용기를 동시에 도입한 4EG-PBTz-F 고분자는 3 wt% 백금(Pt) 보조촉매 조건에서 최대 15.476 mmol g⁻¹의 수소 발생량과 3.095 mmol g⁻¹ h⁻¹의 수소 발생 속도를 기록하며 가장 우수한 광촉매 성능을 보였다. 차효정 교수팀은 이번 연구가 단순한 분자 구조 개선을 넘어, 이중 전자수용체 설계와 계면 제어를 통해 광촉매 수소 발생 시스템의 전하 동역학을 근본적으로 향상시킬 수 있음을 실험적으로 입증했다는 점에서 큰 의미가 있다고 설명했다. 본 성과는 향후 유기 기반 수소 생산 촉매뿐 아니라, 다양한 태양광–화학 에너지 변환 시스템 설계에도 중요한 지침을 제공할 것으로 기대된다. 이번 연구는 한국연구재단의 한우물파기 기초연구사업과 글로벌매칭형(영국) 개인기초연구지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 성과는 1월 15일 국제학술지 EES Catalysis에 표지논문(Front Cover)으로 게재되었다. 제1저자는 경북대학교 김소원 박사과정생과 한국교통대학교 유영웅 석사과정생이며, 교신저자는 경북대학교 차효정 교수와 한국교통대학교 이지훈 교수다. *Title of original paper: Synergistic dual-electron acceptors in linear conjugated polymers for boosting photocatalytic hydrogen evolution *Abstract A conjugated polymer photocatalyst containing dual-electron acceptor units, dibenzo[b,d]thiophene sulfone (DBS) and 2,1,3-benzothiadiazole (BT), known as PBT, has been synthesized for its strong electron-withdrawing abilities and structural flexibility. However, the inherent hydrophobicity of PBT leads to significant particle aggregation, hindering colloidal stability and electron transfer to protons. To overcome these limitations, fluorine and ethylene glycol (EG) groups are strategically incorporated into the BT unit to enhance molecular planarity and hydrophilicity, respectively. This molecular engineering effectively suppresses exciton and charge recombination, facilitating efficient charge separation and extraction. Comprehensive spectroscopic analyses—including time-resolved photoluminescence (Tr-PL) and transient absorption spectroscopy (TAS)—reveal that EG-functionalized polymers exhibit prolonged exciton lifetimes and strong photoinduced absorption at early timescales, indicating both suppressed non-radiative recombination and effective charge generation. Importantly, these modifications enable rapid charge separation and transfer with more efficient electron extraction to protons, mitigating charge accumulation within aggregated domains. Among the modified polymers, 4EG-PBTz-F, with di-fluoro substituents and tetra-ethylene glycol groups, achieves the highest hydrogen evolution rates of 15.476 mmol g−1 and 3.095 mmol g−1 h−1 with a 3 wt% Pt co-catalyst. These results highlight the effectiveness of dual-electron acceptor design and interfacial control, offering a multi-faceted design strategy in photocatalytic hydrogen evolution systems. *Journal: EES Catalysis *Ｗeb Link: https://doi.org/10.1039/D5EY00155B <사진 왼쪽부터 김소원 박사과정생, 차효정 교수>
2026-01-21
최명식 교수팀, 디젤 개질을 통한 수소 생성 기반 배기가스 재순환 시스템의 질소산화물 저감
중·대형 디젤 차량은 물류·운송 분야에서 필수적이지만, 질소산화물 배출로 인한 대기오염 문제가 지속적으로 제기돼 왔다. 특히 2027년 이후 질소산화물 배출 기준이 대폭 강화될 예정으로, 기존 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 시스템만으로는 한계가 있다는 지적이 나오고 있다. 이에 따라 엔진 내부에서 질소산화물 생성을 직접 억제할 수 있는 새로운 기술 개발의 필요성이 커지고 있다. 국내 연구진이 기존 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR) 기술과 수소 주입의 장점을 결합한 탄화수소 개질 기반 배기가스 재순환(Reformed Exhaust Gas Recirculation, REGR) 시스템과 이를 구현할 수 있는 고내구성 촉매 기술을 개발했다. 해당 시스템은 배기가스 내에서 소량의 디젤을 개질해 수소를 현장에서 생성함으로써, 별도의 수소 공급 및 저장 장치 없이도 질소산화물 배출을 효과적으로 줄일 수 있는 것이 특징이다. 나노신소재공학과 최명식 교수팀은 REGR 시스템에 적용 가능한 백금–가돌리늄 도핑 세륨산화물(Pt-GDC) 촉매를 개발하고, 수소 생산 및 질소산화물 저감 성능을 종합적으로 검증했다. 폴리올 공정을 통해 합성된 촉매는 균일한 나노입자 구조를 형성했으며, 600℃ 소성 조건에서 강한 금속–지지체 상호작용을 확보해 고온·산화 분위기에서도 안정적인 수소 생산이 가능함을 확인했다. 연구팀은 Pt-GDC 촉매를 저가의 상용 촉매와 결합한 모노리스 구조로 구현해 물질 전달과 코팅 균일성을 개선했으며, 최적 조건에서 60시간 연속 운전 동안 평균 11.2%의 안정적인 수소 농도를 유지했다. 이를 적용한 촉매 기반 REGR 시스템에서는 질소산화물 저감률이 최대 98%에 달했다. 교신저자인 최명식 교수는 “본 기술은 별도의 수소 공급 및 저장 장치 없이도 적용 가능해 차세대 디젤 배출가스 저감 기술로서 실용적 가치가 높다. 향후 강화될 배출 규제 대응과 배출저감형 상용차 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 본 연구에는 최명식 교수, 전옥성 연구교수, 신지연 박사과정연구생 등이 저자로 연구에 참여했다. 이번 연구는 한국연구재단의 지역혁신선도연구센터 (경북대 탄소중립지능형에너지시스템센터) 사업, Post-Doc. 성장형 공동연구사업 등의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 환경공학 분야 전문학술지인 ‘Chemical Engineering Journal (Impact Factor = 13.2, JCR 상위 3.6%)’에 1월 1일 온라인 게재되었다. *Title of original paper: Encapsulated Pt-GDC catalyst-coated monolith for hydrogen generation and NOx reduction in an integrated REGR system *Abstract Most diesel vehicles still rely on internal combustion engines due to their high torque and power demands. However, diesel combustion inevitably generates nitrogen oxides (NOx) which poses significant environmental challenges. To address this issue, reformed exhaust gas recirculation (REGR) system integrating diesel reforming and NOx reduction was developed using Pt supported gadolinium-doped ceria (Pt-GDC) catalyst synthesized via polyol method. The catalyst exhibited strong metal-support interaction (SMSI) and high oxygen vacancy concentrations enabling stable diesel reforming and efficient NOx reduction. Structural tuning through calcination temperatures revealed that partial encapsulation of Pt nanoparticles at 600 °C provided optimal hydrogen production and coke resistance. The Pt-GDC catalyst coated on honeycomb monolith with optimized slurry viscosity demonstrated sustained hydrogen production of 11.2 % for 60 h under exhaust gas conditions and directly reduced the NOx emission up to 98.0 % at EGR rate of 37.4 %. Further studies should aim to develop catalysts effective at lower exhaust temperatrues below 500 °C. Evaluating the impact of hydrogen addition on engine performance and integrating the system with selective catalytic reduction (SCR) could further enhance NOx reduction. *Journal: Chemical Engineering Journal *Ｗeb Link: https://doi-org.libproxy.knu.ac.kr/10.1016/j.cej.2025.171651 <사진 좌측부터 나노신소재공학과 최명식 교수, 탄소중립지능형에너지시스템선도연구센터 전옥성 연구교수, 미래과학기술융합학부 신지연 박사과정연구생>
2026-01-19
경북대·이화여대, 기생 따개비 미토콘드리아 유전자 진화 가속화 확인
경북대·이화여대 연구진이 기생 생활을 하는 해양 따개비에서 에너지 생산과 관련된 유전자가 비기생성 종보다 빠른 속도로 진화해 왔다는 사실을 확인했다. 경북대 첨단바이오융합학과 황의욱 교수팀은 이화여대 에코과학부 박중기 교수팀과 공동연구로 기생성 따개비(기생성 갑각류)와 비기생성 따개비류 등 총 45종의 미토콘드리아 유전체를 비교 분석해, 기생성 따개비에서 유전자 변화 속도가 약 4배 이상 빠르게 나타난다는 사실을 밝혀냈다. 기생성 따개비는 성체가 되면 소화나 호흡 기관이 거의 퇴화한 채 숙주에 전적으로 의존해 살아가는 생물이다. 연구팀은 이러한 극단적인 기생 생활로 인해 산소가 부족한 숙주 내부 환경에 적응해야 하며, 그 과정에서 세포 안에서 에너지를 만들어내는 미토콘드리아의 작동 방식과 이를 담당하는 유전자 구조가 일반 따개비와 다르게 변화한 것으로 분석했다. 또한, 기생 따개비의 진화 과정을 분석한 결과, 유전자 변화가 매우 빠르게 진행됐다는 사실도 확인됐다. 특히 에너지 생산에 핵심적인 역할을 하는 미토콘드리아 전자전달계 관련 유전자(Cytb, Cox1, Cox3)에서 기생 생활에 유리한 변화가 집중적으로 나타난 것으로 나타났다. 연구팀은 이번 결과가 기생 생활이 생물의 기능을 단순히 약화시키는 것이 아니라, 새로운 환경에 맞춰 에너지 생산 시스템을 재조정하는 방향으로 진화를 이끈다는 점을 보여준다고 설명했다. 즉, 기생성 따개비는 숙주 내부의 저산소 환경에 적응하기 위해 에너지를 만드는 방식과 이를 담당하는 유전자 설계도를 함께 바꾸며 진화해 왔다는 것이다. 이번 연구는 기생이라는 생활 방식이 생물의 진화 속도와 방향을 동시에 바꿀 수 있음을 분자 수준에서 보여준 사례로, 기생 생물 진화와 저산소 환경 적응 연구에 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대된다. 연구 성과는 생물학연구정보센터(BRIC)가 선정하는 ‘한빛사’에도 소개됐다. 황의욱 교수는 “이번 연구는 기생 생활이 생물의 에너지 생산 시스템에 어떤 변화를 가져오는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다”며 “앞으로 핵 유전체 분석까지 포함한 후속 연구를 통해 기생 생물 진화의 전체 모습을 보다 정밀하게 규명할 계획”이라고 말했다. 연구 결과는 진화생물학 분야 세계 최고 권위 학술지인 『Molecular Biology and Evolution』 2025년 12월호에 게재됐다. *Title of original paper: Accelerated Mitochondrial Genome Evolution in Parasitic Barnacles Driven by Adaptive and Non-adaptive Responses *Abstract Parasitic lifestyles often impose profound evolutionary pressures, affecting molecular evolution through both adaptive and non-adaptive mechanisms. Among barnacles (subclass Cirripedia), the obligate parasitic Rhizocephala differ markedly from their filter-feeding thoracican relatives in morphology, ecology, and life history. However, how the shift to parasitism has shaped mitochondrial genome evolution within Cirripedia remains unclear. Here, we present the first comprehensive comparative analysis of mitochondrial genomes between parasitic and non-parasitic barnacles, including three newly sequenced and one unpublished species of parasitic Rhizocephala, a clade whose mitochondrial genomes had not been characterized until now. Phylogenomic and molecular evolutionary analyses reveal that Rhizocephala species exhibit extremely long branches likely attributed to the clade-specific tempo (high substitution rate) and mode (selection pressure) of mtDNA sequence evolution associated with their parasitic lifestyle. A two-cluster molecular clock test reveals significantly elevated substitution rates across rhizocephalans, consistent with reduced effective population sizes (Ne) linked to their opportunistic, host-dependent life cycles. We also detect signatures of positive selection in protein-coding genes encoding key components of the electron transport chain complexes III and IV. Structural modeling highlights amino acid substitutions at functionally critical sites for electron transfer and proton pumping, suggesting adaptive modifications to mitochondrial bioenergetics under hypoxic conditions within host tissues. Together, our findings underscore that both non-adaptive (genetic drift, relaxed selection) and adaptive (positive selection) processes have driven the rapid sequence divergence of mitochondrial genomes in parasitic Rhizocephala. Further experimental study is needed to elucidate how mitochondrial and nuclear-encoded subunits of oxidative phosphorylation coevolve in this specialized parasitic group. *Journal: Molecular Biology and Evolution *Ｗeb Link: https://academic.oup.com/mbe/article/42/12/msaf303/8340872?searchresult=1
2026-01-15
의학과 연구팀, 패혈증 진단 및 중증도 예측하는 새로운 혈액 바이오마커 발견
혈장 내 ‘산성 스핑고미엘리나제(ASM)’ 활성으로 패혈증 정밀 진단 가능 기존 바이오마커 대비 높은 정확도… 맞춤형 초기 치료 전략 수립에 기여 기대
의학과 배재성·김창호 교수팀이 패혈증 환자의 중증도를 정밀하게 진단하고 예측할 수 있는 새로운 혈액 내 바이오마커로 ‘산성 스핑고미엘리나제(ASM)’의 임상적 유효성을 입증했다. 패혈증은 감염에 대한 비정상적인 신체 반응으로 치명적인 장기 기능 부전을 초래하는 질환이다. 조기 진단과 신속한 치료가 생존율을 결정짓는 핵심 요소로 꼽힌다. 연구팀은 패혈증 환자 147명(이 중 패혈성 쇼크 환자 42명)과 건강한 대조군 38명을 대상으로 혈장 내 ASM 활성을 분석했다. 그 결과, 패혈증 환자의 ASM 활성은 일반인에 비해 유의하게 높았으며, 특히 가장 중증 단계인 ‘패혈성 쇼크’ 환자군에서 현저한 상승을 보였다. ASM 활성은 기존 중증도 평가 지표인 APACHE II 및 SOFA 점수, 대사 스트레스 지표인 젖산(Lactate) 농도와 각각 유의미한 상관관계를 보였다. 연구팀은 ASM 활성 증가가 패혈증에서 나타나는 대사 이상과 조직 저산소 상태, 내피세포 손상과 연관된 병태 생리를 반영하는 것으로 해석했다. ASM의 진단 정확도(AUC)는 패혈성 쇼크 진단 시 0.93으로 나타났으며, 이는 임상에서 널리 사용되는 젖산, 프로칼시토닌(PCT), C-반응성 단백(CRP) 등 기존 바이오마커와 비교해도 대등하거나 이를 상회하는 수준이다. 성별과 연령에 따른 분석에서는 남성이 여성보다 ASM 활성이 높았고, 일반 패혈증 환자의 경우 연령이 높을수록 활성도가 증가하는 경향을 보였다. 배재성·김창호 교수팀은 “혈장 ASM 활성은 패혈증의 진단뿐만 아니라 질병의 중증도를 분류하는 독립적인 지표로 활용될 수 있다. 특히 조직의 산소 이용 불균형과 내피세포 손상을 종합적으로 반영하는 만큼, 임상 현장에서 조기에 위험 환자를 선별하고 맞춤형 치료 전략을 세우는 데 큰 도움이 될 것이다.”라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 보건복지부가 공동 지원하는 국가신약개발사업단(KDDF)의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 ‘크리티컬 케어(Critical Care)’ 지난해 12월 24일자에 발표됐다.
2026-01-13
경북대·ETRI, 고에너지밀도 리튬전지 ‘12분 고속충전’ 핵심 원리 규명
전기차, 드론, 로봇 등 차세대 모빌리티에 사용되는 고에너지밀도 리튬전지를 약 12분 수준으로 급속 충전할 수 있는 원리를 밝힌 연구 결과가 나왔다. 경북대 스마트모빌리티공학과 오지민 교수팀은 한국전자통신연구원(ETRI) 이명주 박사와 공동연구를 통해 고니켈 함량 양극을 사용하는 고에너지밀도 리튬전지의 급속 충전을 가능하게 하는 전해질 설계와 전극 표면 성능 향상 메커니즘을 규명했다. 고니켈 함량 리튬전지는 에너지밀도가 높아 한 번 충전으로 더 오래 사용할 수 있지만, 충전 속도를 크게 높일 경우 덴드라이트 석출과 리튬 이온 이동 지연, 충·방전 과정에서의 전극 열화 등으로 급속 충전에 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 전해질 설계에 주목했다. 리튬 이온 이동이 빠른 에테르계 전해질에 배터리 전극을 보호해 급속 충전을 가능하게 하는 첨가제인 FEC(플루오로에틸렌 카보네이트)를 적절히 도입했다. 그 결과 약 12분 수준의 급속 충전 조건(5C 이상)에서도 안정적인 충·방전 성능을 구현할 수 있음을 확인했다. 특히 FEC는 충·방전 과정에서 불화리튬(LiF) 성분의 단단한 보호층을 전극 표면은 물론 내부까지 형성해, 양극과 음극 모두에서 리튬 이온이 안정적으로 이동하도록 돕는 역할을 하는 것으로 나타났다. 이로 인해 고출력 조건에서도 전극 열화와 내부 저항 증가가 효과적으로 억제됐다. 또한, 연구팀은 설계 용량과 니켈 함량이 서로 다른 NCM(니켈·코발트·망간) 계열 양극 소재를 비교 분석해, 전극 설계 조건에 따라 계면 전도 특성과 이온 이동 거동이 달라진다는 점을 체계적으로 규명했다. 이는 급속 충전 성능을 좌우하는 질량 이동(mass migration) 특성의 중요성을 실험적으로 보여주는 결과라고 연구팀은 설명했다. 오지민 교수는 “이번 연구는 전해질과 전극을 함께 고려하는 ‘통합 설계 전략’의 필요성을 보여준 사례이며, 고에너지밀도 리튬전지의 급속 충전 한계를 개선할 수 있는 설계 방향과 가이드라인을 제시했다.”라고 말했다. 이어 “전해질 계면에서 형성되는 무기 보호층의 역할과 급속 충전 성능 저하의 근본 메커니즘을 규명한 만큼, 전기차와 에너지저장장치(ESS), 드론, 로봇 등 다양한 응용 분야의 성능 향상에 기여할 것이다.”라고 덧붙였다. 이번 연구는 경북대 우수신임교원 정착연구비사업, 한국연구재단 글로벌기초연구실지원사업, 한국산업기술기획평가원 주력산업IT융합사업, 중소기업기술정보진흥원 중소기업기술혁신개발사업의 지원으로 수행됐다. 교신저자는 오지민 교수, 제1저자는 이명주 박사이며, 공동저자는 영남대 김진서 연구원이다. 연구 결과는 공학·융합 분야 최고 수준의 국제 학술지 ‘리절츠 인 엔지니어링(Results in Engineering)’에 지난해 12월 25일 온라인으로 게재됐다. *Title of original paper: Investigation of FEC effects containing ether electrolyte for fast charging high-nickel NCM|Li cells *Abstract We systematically investigate the effect of fluoroethylene carbonate (FEC) additive in an ether-based electrolyte including lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) in 1,2-dimethyl ether (DME): 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-1H,1H,5H-octafluoropentyl ether (TFOFE) on the high-rate (> 5C-rate) performance in Ni-rich lithium metal batteries. Using cell pairing Li (Ni0.9Co0.05Mn0.05) O2 (NCM955) cathodes with Li metal anodes (3.0–4.3 V) varying different FEC amount, we correlate 5C/10C charge–discharge performance to interphase chemistry via X-ray photoemission spectroscopy (XPS), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and optical analysis. We find that moderate FEC levels (5 wt %) significantly enhance interfacial conductivity by promoting robust LiF- and phosphate-rich inorganic interphase layers, solid electrolyte interphase (SEI)/ cathode electrolyte interphase (CEI) on both the Li metal and cathode surfaces. This stabilized interphase reduces impedance and enables superior fast-charge/discharge capability, particularly when paired with lower NCM955 loading (half-active material mass NCM) or lower Ni content (Li (Ni0.6Mn0.2Mn0.2) O2, NCM622). The insufficient FEC (< 3 wt %) increases cell impedance in thick, Ni-rich electrodes, underscoring the need to balance additive concentration with electrode design. Overall, an optimized ∼5 wt % FEC yields markedly improved high-rate performance and interfacial stability. These findings highlight that tuning additive content in tandem with electrode architecture is critical for enabling fast-charging lithium-metal batteries without sacrificing energy density. *Journal: Results in Engineering *Ｗeb Link: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.108888
2026-01-07
이지훈 교수팀, 전고체전지 성능·수명 좌우하는 핵심 요인 규명… 차세대 전극 설계 원리 제시
신소재공학과 이지훈 교수팀이 차세대 배터리로 주목받는 전고체전지(All-solid-state batteries, ASSBs)의 성능과 수명을 결정짓는 핵심 요인을 규명했다. 전고체전지는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 배터리로, 화재 위험이 낮고 에너지 밀도를 높일 수 있어 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 차세대 기술로 꼽힌다. 하지만 실제 구동 과정에서는 양극층 내부에서 반응이 고르게 일어나지 않아 성능이 떨어지고, 전지가 예상보다 빨리 열화되는 문제가 지속적으로 제기돼 왔다. 이 교수팀은 전고체전지에서 성능과 수명을 결정짓는 핵심 요인이 양극층 내부에서 양극 활물질과 고체 전해질이 얼마나 균일하게 분포하고 접촉하느냐, 즉 ‘양극층과 전해질 간의 미세구조 균질성’임을 규명하고, 이를 제어할 수 있는 새로운 설계 원리를 제시했다. 연구팀은 양극층 내부 미세구조가 전지 반응에 미치는 영향을 규명하기 위해, 양극 활물질과 고체 전해질의 혼합·배치 방식을 달리한 여러 복합 양극을 설계하고 전기 화학 성능 변화를 비교 분석했다. 또한 방사광 가속기 기반 다중 스케일 X선 분석 기법을 통해 양극층 내부에서 실제로 일어나는 반응을 다각도로 관찰했다. 그 결과, 양극층 내부에서 양극 활물질과 고체 전해질의 계면 접촉이 균일할수록 개별 양극 활물질 입자들의 충전 상태(State-of-Charge, SoC)가 균일하게 유지되며, 이로 인해 특정 영역에서만 발생하는 고체 전해질의 산화 분해가 효과적으로 억제된다는 사실을 실험적으로 입증했다. 특히, 투과 X선 현미경과 X선 흡수 분석을 이용한 개별 양극 활물질 입자 수준에서 충전 불균일의 시각화를 통해, 미시적 불균질성이 전지 성능 열화로 이어진다는 이른바 ‘미세구조 인과 사슬’을 체계적으로 제시했다는 점에서 의미가 크다고 연구팀은 설명했다. 이지훈 교수는 “이번 연구는 전고체전지 성능 저하의 원인을 단순한 소재 문제를 넘어, 전극 내부 미세환경의 구조적·화학적 균일성 관점에서 규명한 성과다. 향후 전기차용 대면적 파우치 전지와 같은 실제 구동 환경에서도 안정적인 전지 반응을 확보할 수 있는 설계 지침을 제공할 것이다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구사업과 박사과정연구장려금 지원사업으로 수행됐다. 교신저자는 이지훈 교수, 제1저자는 같은 학과 이주현 박사과정생이다. 연구 성과는 영국왕립화학회에서 발행하는 재료과학 분야 국제 저명 학술지인 ‘머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons)’ 12월 23일자 온라인에 게재됐으며, 연구 성과의 중요성을 인정받아 표지 논문으로 2026년 2월 중에 출판될 예정이다. *Title of original paper: Microenvironments between Cathode Active Materials and Solid Electrolytes for All-solid-state Batteries *Abstract All-solid-state batteries (ASSBs) are promising next-generation energy storage systems; however, their performance is often constrained by poorly understood interfacial phenomena within composite cathode (CC) layers. In this study, we systematically elucidate how the microenvironment of CC layers, controlled by the mixing sequence of cathode active material (CAM), solid electrolyte (SE), and conductive carbon, determines the electrochemical performance of ASSBs. By preparing three representative CC configurations, we demonstrate that uniform CAM|SE interfaces promote well-developed lithium-ion transport pathways, leading to enhanced rate capability and long-term cycling stability. In contrast, poor CAM|SE contact increases charge-transfer resistance and results in premature cell failure within tens of cycles. Multiscale synchrotron-based characterizations reveal the mechanistic origin of this performance disparity. Interfacial inhomogeneity induces particle-level state-of-charge heterogeneity, which leads to localized CAM overcharging and subsequent SE decomposition. The significance of uniform CAM|SE interfaces becomes even more pronounced under practical conditions. At 30 °C, where ionic transport is intrinsically limited, ASSB cells with uniform CAM|SE interfaces maintain stable cycling performance, whereas those with less-uniform interfaces fail at an early stage. Finally, pouch-type anodeless ASSB cells operated under low stack pressure reproduce the same performance trends, further underscoring the critical role of CC microstructure control. Overall, this work establishes a direct correlation between CAM|SE interfacial uniformity, SE stability, and ASSB performance, providing practical guidelines for engineering reproducible, high-performance CC layers that bridge laboratory-scale demonstrations with real-world applications. *Journal: Materials Horizons *Ｗeb Link: https://doi.org/10.1039/D5MH02003D
2025-12-30
경북대 연구팀, 비만 환경에서 간암 면역항암치료 저항성 유발 기전 규명
의과대학 박근규 교수·최연경 교수, 약학대학 변준규 교수, 계명대학교 의과대학 김미경 교수 공동연구팀(제1저자 김동호 박사)은 비만이나 지방간과 같이 지방산이 축적된 대사 환경에서 간암세포가 면역항암제에 저항성을 갖게 되는 새로운 분자 기전을 규명하고, 이를 극복할 수 있는 병용 치료 전략을 제시했다고 밝혔다. 최근 간암 치료에 면역관문억제제(면역항암제)가 도입되었으나, 모든 환자에게 효과가 있는 것은 아니며 치료 반응률이 제한적이라는 한계가 있었다. 특히 비만과 지방간은 간암의 주요 위험 인자로 꼽히지만, 이러한 대사 이상 환경이 면역항암치료 효과를 떨어뜨리는 구체적인 원인은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 비만 환경을 모사한 고지방 환경(palmitate 노출)에서 간암세포가 대사 과정을 재프로그래밍하면서 철 의존적 세포사멸인 페롭토시스(ferroptosis)에 저항성을 획득한다는 사실을 발견했다. 구체적으로, 지방산에 만성 노출된 간암세포는 글루타민 대사를 억제하여 세포 내 α-ketoglutarate를 감소시키고, 이는 H3K27me3 증가를 유도해 hepcidin 발현을 억제하는 것으로 나타났다. 결과적으로 세포 내 철 감소에 의한 페롭토시스 저해는 면역항암치료 저항성의 핵심 기전으로 작용함을 확인하였다. 또한 이러한 기전을 바탕으로 EZH2 억제제(tazemetostat)와 면역관문억제제의 병용 투여 시 페롭토시스 감수성이 회복되어 치료 효과가 유의하게 향상됨을 입증하였다. 박근규 교수는 “그동안 간암에서 면역항암치료 반응이 제한적인 이유 중 하나로 대사 환경의 중요성이 지적되어 왔으며, 본 연구는 지방산–글루타민 대사–후성유전 조절–페롭토시스를 하나의 흐름으로 연결하는 구체적인 분자 기전을 제시했다는 점에서 의의가 크다. 특히 대사성 지방간 질환 간암 환자에서 맞춤형 병용 치료 전략을 개발하는 데 중요한 과학적 근거가 될 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·교육부·한국연구재단에서 추진하는 중견연구자지원사업, 선도연구센터 지원사업, 글로컬 R&D지원사업의 지원으로 수행되었으며, 국제 저명 학술지인 ‘Metabolism: Clinical and Experimental (IF: 11.9)’ 12월 17일 온라인에 발표되었다. <왼쪽부터 김동호 박사, 김미경 교수, 변준규 교수, 최연경 교수, 박근규 교수>
2025-12-22
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