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경북대·ETRI·KAIST, ‘불 안 붙는 전해질’ 설계 원리 규명
전기차 배터리 화재 원인 잡았다!
국내 공동 연구진이 고성능 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 핵심 부품인 리튬이온전지의 화재 및 열폭주 위험을 크게 낮출 수 있는 전해질 기술을 개발했다. 스마트모빌리티공학과 오지민 교수팀은 KAIST 신소재공학과 서동화 교수팀, ETRI 이명주 박사팀과 공동연구를 통해 고에너지밀도를 유지하면서도 우수한 화재 안전성을 동시에 확보할 수 있는 비가연성 전해질 설계 기술을 개발했다. 리튬이온전지는 에너지 밀도가 높지만 화재와 열폭주 위험이 약점으로 지적돼 왔다. 특히 고성능 전기차용 고니켈 양극 배터리는 가혹한 구동 환경에서 화재 가능성이 커 안전성 확보가 필수적이다. 연구팀은 기존 전해질에 보편적으로 사용돼 단가 면에서 유리한 불소계 첨가제(FEC, Fluoroethylene Carbonate)에 자체 개발한 난연성 첨가제(P2PFS)를 최적 비율로 혼합 적용해 전지 수명 손실이 없는 비가연성 전해질 시스템을 설계했다. 최적화된 새로운 전해질 시스템은 발화 지연 능력을 평가하는 연소 시험에서 발화 지속 시간을 종전보다 절반 수준 이하로 크게 낮춰, 화염에 노출되어도 불이 거의 붙지 않는 비가연성에 가까운 특성을 구현했다. 동시에 연구팀은 개발한 전해질의 화학적 성능 유지 특성을 확인하기 위해 고온과 고전압 환경에서 구조가 매우 불안정해지는 ‘고니켈 양극(NCM955) 리튬전지’에 적용한 테스트를 진행했다. 그 결과 극도로 혹독한 구동 조건에서도 전해질이 파괴되지 않고 양극 표면을 안정적으로 보호하며, 200회 이상 급격한 충·방전을 거듭한 후에도 초기 용량의 83% 이상을 유지하는 우수한 수명 특성을 나타냈다. 특히 전지 열폭주의 주원인인 산소 발생을 효과적으로 억제하는 메커니즘을 규명했다. 충전 시 양극재에서 나오는 유해 산소를 자체 개발한 난연 첨가제가 포집해 안정한 물질로 전환함으로써 발화 원인을 억제하는 원리다. 연구팀은 이 기술을 실제 상용 제품 규격인 1Ah급 중대형 파우치셀에 적용해 실증에도 성공했다. 대용량 배터리 환경에서 750회 이상 충·방전한 후에도 초기 용량의 85.2%를 유지했으며, 특히 완전히 충전된 배터리를 못으로 찌르는 가혹한 관통 시험에서도 화재나 폭발 없이 최고 온도를 49도 수준으로 제어하며 높은 안전성을 입증했다. 또한, 시차주사열량계(DSC)와 질량분석기(MS) 테스트에서도 전지 열폭주의 원인 중에 하나인 전지 내 산소 발생이 적극적으로 억제됨을 실험적으로 검증했다. 오지민 교수는 “이번 연구는 단순히 난연 첨가제를 개발한 것이 아니라, 배터리 내부 산소 반응을 제어하는 열역학적 설계 원리를 제시한 연구다. 전기차, ESS, 로봇, 드론, 미래 항공 모빌리티 등 고안전성이 요구되는 다양한 분야에 적용 가능한 차세대 전해질 설계 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 지원을 받아 수행됐다. 교신저자는 경북대 오지민 교수와 KAIST 서동화 교수이며, 제1저자는 ETRI 이명주 박사와 KAIST 신욱선 연구원이다. 재료과학 분야 국제 저명 학술지인 ‘스몰(Small)’에 6월 18일 온라인 게재됐다. *Title of original paper: Combined Thermodynamic-Electrochemical Understandings of Non-Flammable Electrolyte for High-Nickel Lithium Batteries *ABSTRACT The high flammability of high-energy-density lithium batteries remains a critical safety challenge, while the low reduction potential and high cost of conventional flame-retardant materials limit their practical use. Here, we report a synergistic design strategy for non-flammable and fluorine electrolyte additive combinations that stabilize high-nickel layered cathodes and enable both high energy density and safety. Through a systematic additive screening and thermodynamic analysis based on Gibbs free energy–derived reduction potentials of P2PFS (4,4'-(propane-2,2-diyl) bis (4,1-phenylene) disulfo- fluoridate) and related species, we identified additive interactions that suppress exothermic decomposition of carbonate electrolytes. The optimized electrolyte exhibited near non-flammability, significantly improved cycle retention (83% after 200 cycles at 0.3 C), and enhanced interfacial robustness, as confirmed by XPS and TEM analyses. Moreover, 1 Ah-level Li (Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2‖graphite full cells demonstrated excellent long-term stability (>700 cycles) and no thermal propagation under nail penetration, validating the intrinsic safety of our formulation. The combined thermodynamic–electrochemical approach provides new insights into designing next-generation electrolytes that harmonize non-flammability, cost-effectiveness, and high-voltage stability for advanced lithium-ion batteries. *Journal: Small *Web Link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.74256 <사진 왼쪽부터 오지민 교수, 서동화 교수, 이명주 박사, 신욱선 연구원>
2026-07-21
최윤자 교수팀, 코드로부터 상태 머신을 학습하는 기술 개발
소프트웨어공학 분야 세계 최고 권위 국제학술대회 FSE 2026에서 연구 성과 발표
컴퓨터학부 최윤자 교수팀이 프로그램 소스코드로부터 프로그램의 동작을 나타내는 오토마타, 즉 상태 머신을 효율적으로 자동 학습하는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 방대한 소스코드 전체를 일일이 읽지 않고도 프로그램이 어떤 입력에 반응해 상태를 바꾸고 어떤 결과를 출력하는지 압축된 행동 모델을 통해 파악할 수 있다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘Proceedings of the ACM on Software Engineering (PACMSE)’에 게재됐으며, 2026년 7월 5일부터 9일까지 캐나다 몬트리올에서 열린 ‘ACM International Conference on the Foundations of Software Engineering (FSE 2026)’에서 발표됐다. FSE는 ICSE, ASE와 함께 소프트웨어공학 분야를 대표하는 세계 최고 권위의 국제학술대회로 평가받으며, 국내 BK21 사업에서도 최고 등급인 인정 IF 4의 최우수 국제학술대회로 지정돼 있다. FSE 2026 연구논문 트랙에는 총 920편의 논문이 제출됐으며, 엄격한 동료심사를 거쳐 211편이 최종 게재 승인돼 약 22.9%의 채택률을 기록했다. 이번 논문의 제1저자인 김요엘 박사과정생은 FSE 2024에 이어 두 번째 FSE 논문을 게재했다. 이는 최윤자 교수가 이끄는 소프트웨어안전공학 연구실이 소프트웨어공학 분야에서 지속적으로 세계적 수준의 연구 성과를 축적해 왔음을 보여준다. 자동차와 로봇, 엘리베이터, 드론 등의 제어 소프트웨어는 외부에서 입력되는 센서값이나 이벤트에 지속적으로 반응하면서 내부 상태를 변경하고 출력을 생성한다. 이러한 프로그램의 동작 정보는 수많은 함수와 변수, 조건문 등에 분산돼 있어 소스코드만으로 전체 동작을 파악하기가 어렵다. 오토마타 학습은 프로그램을 실행하거나 분석해 프로그램의 핵심적인 상태 변화와 행동을 상태 머신 형태로 자동 복원하는 소프트웨어 역공학 기술이다. 학습된 상태 머신은 원본 프로그램의 추상화된 행동 모델로 활용되며, 프로그램의 신뢰성을 검증하는 모형 검증, 프로그램이 지켜야 할 규칙을 추출하는 명세 마이닝, 행동 모델로부터 테스트를 생성하는 모델 기반 테스팅 등에 활용할 수 있다. 그러나 기존 오토마타 학습 기술은 프로그램에 포함된 변수의 수가 많고 각 변수가 정수, 실수, 열거형 등 넓고 다양한 값의 범위를 가질수록 학습 비용이 급격히 증가하는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘동적 심볼릭 매퍼(Dynamic Symbolic Mapper)’를 새롭게 제안했다. 동적 심볼릭 매퍼는 복잡한 프로그램 상태와 입출력 정보를 참과 거짓으로 구성된 불리언 벡터로 변환해, 오토마타 학습이 단순화된 불리언 벡터 공간에서 수행되도록 한다. 특히 학습 과정에서 아직 표현되지 않은 새로운 프로그램 동작이 발견되면 필요한 부분만 선택적으로 세분화하도록 추상화 수준을 동적으로 조정한다. 이를 통해 프로그램의 핵심 동작은 유지하면서도 불필요하게 복잡한 상태 공간을 탐색하는 비용을 줄였다. 연구팀은 SV-COMP 벤치마크 프로그램과 Simulink 모델 프로그램 및 자동차, 로봇, 엘리베이터, 드론, 인공위성 제어 프로그램 등을 포함한 총 120개의 반응형 C 프로그램을 대상으로 기술의 효과를 검증했다. 프로그램당 3시간의 제한 시간에서 제안 기술은 총 100개의 올바른 오토마타를 학습해 기존 최신 기술의 68개보다 32개를 추가로 학습했다. 또한 기존 기술과 비교해 평균 능동 학습 시간을 55.6% 단축해 제안 기술의 효율성과 실용성을 입증했다. 최윤자 교수는 “과거 C, Java, Python과 같은 고수준 프로그래밍 언어의 등장으로 개발자가 기계어와 어셈블리어의 세부 동작을 직접 다루지 않고도 소프트웨어를 개발할 수 있게 된 것처럼, 거대언어모델(LLM)은 소프트웨어 개발 과정을 다시 한번 높은 수준으로 추상화하고 있다.”라고 설명했다. 이어 “LLM이 수십만 줄의 코드를 빠르게 생성하는 시대에는 개발자가 생성된 코드 전체를 일일이 읽으며 동작을 이해하고 검증하는 방식만으로는 한계가 있다. 앞으로는 코드 자체보다 프로그램이 어떻게 행동하는지를 압축해 보여주는 행동 명세와 상태 머신의 중요성이 더욱 커질 것이다. 이번 연구는 복잡한 코드로부터 이러한 추상 모델을 자동으로 학습해, 사람이 AI가 생성한 소프트웨어의 동작을 보다 쉽게 이해하고 검증할 수 있도록 하는 기반 기술이라는 점에서 의미가 있다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 선도연구센터(ERC) 사업의 ‘소프트웨어재난연구센터’ 지원을 받아 수행됐다. *Title of original paper: Active Learning of Symbolic Automata for Reactive Programs via Dynamic Symbolic Mapper *Abstract Active learning of formal behavior models from program source code is a powerful approach to support a wide range of software analysis, validation, and verification tasks, for example, understanding system intent, automating specification mining, generating test oracles, and checking formal properties. Recent advances in active learning of symbolic automata, powered by program synthesis and model checking, provide both rich expressiveness and soundness guarantees for the learned models. However, these techniques often encounter significant performance bottlenecks, particularly when dealing with reactive programs that expose many program variables spanning large value domains. This work introduces an extended active learning algorithm tailored for reactive programs by incorporating a novel dynamic symbolic mapper for learning symbolic automata. The mapper abstracts program behavior using predicates over program variables inferred by the learner, encodes each valuation of these variables as a Boolean vector induced by these predicates (Boolean abstraction), and dynamically refines the abstraction in response to missing behaviors revealed by the teacher. It is granularity-aware: for teaching, it employs the coarsest predicates sufficient to expose missing behaviors, enabling broad exploration; for learning, it refines only to the finest predicates necessary to resolve the uncovered gaps, trying to minimize the number of refinements that could have been triggered by coarse abstraction. We evaluated our approach on 120 benchmarks, including SV-COMP tasks, Simulink model-driven programs, LeetCode problems, and representative embedded control software. The results show that our method learns 32 more symbolic automata and reduces the average active learning time by 55.6% compared to the state-of-the-art. * Journal: Proceedings of the ACM on Software Engineering * Web Link: https://doi.org/10.1145/3808154 <사진 왼쪽부터 김요엘 박사과정생, 최윤자 교수>
2026-07-20
박상식 교수팀, 친환경 실크 단백질 보호막으로 차세대 아연 배터리 수명 약 5배 향상
나노신소재공학과 박상식 교수팀이 친환경 실크 단백질과 고분자 물질을 융합해 차세대 수계 아연 이온 배터리용 아연 음극의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 표면 보호막 기술을 개발했다. 현재 널리 쓰이는 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 꼽히는 수계 아연 이온 배터리는 폭발 위험이 없고 가격이 저렴해 대용량 에너지 저장 장치에 적합한 것으로 평가받는다. 그러나 배터리를 충·방전하는 과정에서 아연 표면에 나뭇가지 모양의 결정이 쌓이는 ‘덴드라이트’ 현상이 발생하고, 물 기반의 전해액 때문에 아연 금속 표면이 부식되거나 수소 가스가 발생하는 등 계면 부작용이 일어나 배터리 수명이 급격히 저하되는 치명적인 한계가 있다. 박상식 교수팀은 이를 해결하기 위해 생체 친화적 소재인 실크 피브로인(Silk Fibroin)과 폴리비닐알코올(PVA)을 복합화한 ‘SFP 보호막’을 아연 음극 표면에 도입했다. 연구 결과, 에탄올에 2시간 동안 담가 결정화 처리를 거친 SFP 보호막은 내부 구조가 매우 잘 정렬된 ‘베타 시트(β-sheet)’ 구조로 변화하는 것으로 나타났다. 이 구조는 아연 이온이 음극 표면에 균일하게 쌓이도록 유도하는 통로 역할을 수행해 이온의 이동 속도를 높였다. 동시에 보호막 자체의 기계적 강도와 단단함(경도)도 크게 향상시켜 거친 결정 성장을 물리적으로 억제하는 데 기여했다. 이번에 개발된 보호막의 효과는 실제 배터리 환경과 유사한 바나듐 산화물(V2O5) 양극 기반의 풀셀(Full-cell) 평가에서 명확히 입증됐다. 기존의 순수 아연 음극을 적용한 배터리는 충·방전을 반복했을 때 단 212회 만에 급격한 성능 저하를 보이며 방전됐다. 반면 연구팀이 개발한 보호막을 도입한 아연 음극 배터리는 1,000회가 넘는 극한의 충·방전 시험 이후에도 131.4mAh/g의 높은 용량을 안정적으로 유지했다. 이는 기존 대비 배터리 수명이 약 5배 수준으로 향상된 결과다. 박상식 교수는 “이번 연구는 단순히 새로운 보호막을 입히는 수준을 넘어, 보호막의 물리적인 결정화 상태에 따라 아연 음극 표면의 전기화학적 거동이 어떻게 달라지는지를 명확히 규명했다는 점에서 학술적·기술적 의의가 크다. 화재 위험이 낮은 차세대 수계 배터리의 안정성과 성능을 높이는 차세대 수계 배터리 음극 설계의 핵심 전략이 될 것이며, 향후 친환경 대용량 ESS 및 전기차 등 다양한 분야에 응용 가능한 원천 기술로 기여할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 지역혁신선도연구센터(경북대 탄소중립지능형에너지시스템센터) 사업과 박사과정생 연구장려금 지원사업, 경상북도 앵커(구 라이즈) 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 분야의 국제학술지인 ‘저널 오브 파워 소스(Journal of Power Sources)’에 7월 2일 온라인 게재됐다. *Title of original paper: Crystallinity-controlled silk Fibroin/PVA protective layer to fabricate stable Zn metal anodes *Abstract Zn is a highly promising anode material for aqueous Zn-ion batteries; however, the performance of Zn anodes remains limited by interfacial side reactions. Interface modification engineering is an effective approach to uniformize Zn2+ deposition and mitigate dendrite formation, corrosion, and the HER. Herein, a silk fibroin/poly(vinyl alcohol) (SFP) composite layer was coated on a Zn anode, and the crystallization of this layer was modulated via ethanol immersion and thermal annealing for various durations. Both crystallization treatments promoted the formation of a well-ordered β-sheet structure, concurrently enhancing Zn2+ diffusion kinetics and mechanical strength. The SFP specimen immersed in ethanol for 2 h (E2-SFP) demonstrated superior cycling stability. Subsequently, symmetric cells employing an E2-SFPllE2-SFP configuration exhibited extended cycle life exceeding 1000 h. Furthermore, E2-SFPllV2O5 full cells demonstrated improved cycling stability, maintaining a capacity of 131.4 mAh g−1 after 1000 cycles, unlike the rapid failure observed in bare Zn full cells after only 212 cycles. These results suggest that varying the crystallization state of the SFP protective layer strongly influenced the interfacial behavior of Zn anodes. This protection strategy advances the design of safe and high-performance protective layers for Zn anodes applicable to next-generation aqueous batteries. *Journal: Journal of Power Sources *Web Link: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2026.240860 <사진 왼쪽부터 박상식 교수, 원하연 연구원, 김민수 박사과정생>
2026-07-15
이상욱 교수팀, 멀티정션 태양전지 효율 저하 원인 규명… 차세대 접합 기술 방향 제시
신소재공학부 이상욱 교수팀이 독일 뮌헨 루트비히막시밀리안대학교(LMU Munich) 에르칸 아이딘(Erkan Aydin) 교수팀과의 국제공동연구를 통해 페로브스카이트 멀티정션 태양전지의 효율 향상 둔화 원인을 분석하고, 핵심 구조인 재결합 접합부(Recombination Junction, RJ)의 차세대 기술 방향을 제시했다. 이번 연구 성과는 에너지 분야 세계적 권위 학술지인 Energy & Environmental Science에 Perspective Review 논문으로 게재됐다. 현재 상용 태양전지는 태양광의 특정 파장만 흡수하기 때문에 나머지 에너지가 열로 손실되는 한계가 있다. 이를 극복하기 위한 대안으로 서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 여러 개의 태양전지를 적층하는 멀티정션 태양전지 기술이 차세대 고효율 태양전지로 주목받고 있다. 특히 페로브스카이트 기반 멀티정션 태양전지는 페로브스카이트/실리콘 탠덤 구조를 통해 35% 이상의 높은 광전변환효율을 기록하고 있으며, 2050년까지 40% 이상의 에너지 변환 효율 달성을 목표로 하는 탄소중립 핵심 기술로 주목받고 있다. 이론적으로는 정션 수가 증가할수록 광 활용도가 높아져 효율이 지속적으로 향상돼야 한다. 그러나 최근에는 페로브스카이트 태양전지에서 3중접합 이상으로 정션 수가 늘어날 경우 오히려 2중접합보다 실험 효율이 낮아지는 현상이 보고되고 있다. 연구팀은 그동안의 공동연구 결과와 최신 연구 동향을 종합적으로 분석한 결과, 이러한 한계의 핵심 원인이 각 태양전지 층을 연결하는 재결합 접합부(RJ)에 있음을 밝혔다. RJ는 전자와 정공의 재결합을 유도하는 동시에 높은 광투과성, 용매 침투 차단, 기계적 안정성을 모두 확보해야 하는 핵심 구조다. 하지만 이 같은 기능을 각각 별도의 층으로 구현할수록 광학적 손실과 전기저항 증가, 공정 복잡성, 기계적 취약성이 함께 커지는 구조적 한계가 존재한다. 이에 공동연구팀은 페로브스카이트 계면공학과 다중접합 소자 설계 분야의 전문성을 바탕으로 페로브스카이트/실리콘 이중접합, 올-페로브스카이트 이중접합, 삼중·사중접합 등 다양한 멀티정션 구조의 RJ 기술을 체계적으로 비교·분석하고, 연구개발 성숙도(Technology Readiness Level)에 따라 정리했다. 이를 통해 현재 기술 수준과 한계를 진단하고 향후 연구개발이 나아가야 할 방향을 제시했다. 특히 연구팀은 기존처럼 기능별 소재를 여러 층으로 적층하는 방식에서 벗어나, 전하 수송과 계면 패시베이션, 용매 차단, 기계적 안정성 등 여러 기능을 하나의 소재가 동시에 수행하는 ‘다기능 통합형(Multifunctional Integrated) RJ’ 구조를 차세대 핵심 기술로 제안했다. 이는 제조 공정을 단순화하면서도 대면적 소자의 균일성과 장기 안정성을 동시에 확보할 수 있는 새로운 설계 전략으로 평가된다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업(우주용 솔라배터리)과 무탄소에너지핵심기술개발사업(삼중접합 태양전지)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 Energy & Environmental Science(impact factor 30.5, JCR 상위 0.8%) 온라인판에 2026년 6월 27일 게재됐다. *Title of original paper: Why more junctions do not yet deliver: interconnection challenges in perovskite multijunction solar cells * Broader context As traditional single-junction solar cells approach their theoretical efficiency limits, perovskite-based multijunction architectures have emerged as a transformative pathway toward high-efficiency, gigawatt-scale photovoltaic deployment. While the field has seen rapid progress in dual-junction tandems, extending these configurations to triple or quadruple junctions introduces significant mechanical and chemical hurdles. This perspective shifts the focus from purely electronic considerations to the critical physical challenges of sub-cell interconnection, such as interlayer dissolution during solution processing and strain-induced film defects like pinholes and delamination. By addressing these interfacial and structural integrity issues, this work provides a strategic roadmap for the development of robust, next-generation multijunction devices. These insights are essential for transitioning advanced perovskite architectures from laboratory-scale breakthroughs to durable, industrially viable energy solutions. *Journal: Energy & Environmental Science *Web Link: https://doi.org/10.1039/D6EE01631F <사진 왼쪽부터 이상욱 교수, Erkan Aydin 교수, 김선우·임도윤 석박사통합과정생>
2026-07-15
백문창 교수팀, 110종 식물 나노베지클 라이브러리 구축… 차세대 바이오약 플랫폼 연다
식물에서 ‘아스피린’을 넘어 RNA 바이오의약품의 새 시대를 열다
경북대 연구진이 식물 유래 나노베지클 라이브러리를 구축하고 대규모 기능 스크리닝 플랫폼을 개발해 차세대 RNA 바이오의약품 개발 기반을 마련했다. 의과대학·바이오융합연구원 백문창 교수팀은 식물 110종에서 유래한 나노베지클을 체계적으로 분리해 대규모 라이브러리를 구축하고, 이를 기반으로 대규모 기능 스크리닝이 가능한 플랫폼을 개발했다. 연구팀은 이 플랫폼을 통해 110종의 식물을 비교 분석한 결과, 부추(Allium tuberosum) 유래 나노베지클이 가장 우수한 면역 활성 효과를 나타냄을 확인하고 그 항암 작용 기전을 규명했다. 과거 인류는 버드나무 껍질의 살리실산(아스피린의 효시), 주목나무의 택솔(항암제), 개똥쑥의 아르테미시닌(항말라리아제) 등 식물에서 수많은 치료제를 찾아왔다. 하지만 이들은 대부분 크기가 작은 저분자 화합물이다. 최근 의약품 개발 트렌드가 단백질, mRNA 등 바이오의약품 중심으로 빠르게 전환되는 가운데, 경북대 연구팀은 “식물이 바이오의약품의 원천도 될 수 있지 않을까?”라는 질문에서 연구를 시작했다. 식물은 세포 간 신호 전달을 위해 머리카락 굵기의 1,000분의1 크기인 초미세 입자 ‘식물 유래 나노베지클(Plant-Derived Nanovesicles, PDNVs)’을 분비한다. 이 입자 내부에는 세포의 기능을 조절하는 RNA와 단백질, 지질 등 다양한 생리활성 물질이 담겨 있다. 그러나 기존 연구는 포도, 마늘 등 특정 식물 한두 종류의 나노베지클만 개별적으로 확인하는 수준에 그쳐, 어떤 식물이 가장 우수한 효능을 가졌는지 체계적으로 비교하기 어려웠다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 식용 식물 59종과 약용 식물 51종 등 총 110종의 식물에서 나노베지클을 표준화된 방식으로 분리해 대규모 라이브러리를 구축했다. 이어 이를 기반으로 기능 스크리닝을 수행해 면역 활성 효과가 우수한 후보를 선별했다. 이는 신약 개발에서 수천 개의 후보물질을 동시에 평가하는 스크리닝 개념을 식물 나노베지클 연구에 적용해 대규모 라이브러리 기반 기능 스크리닝을 수행한 첫 사례다. 이번 연구는 특정 식물의 일회성 효능 발견을 넘어, 여러 식물의 나노베지클을 동일 선상에서 평가할 수 있는 플랫폼을 마련했다는 점에서 의미가 크다고 연구팀은 설명했다. 110종의 식물을 비교 분석한 결과, 부추(Allium tuberosum)에서 유래한 나노베지클이 가장 우수한 면역 활성 효과를 나타냈다. 부추 유래 나노베지클은 암세포를 직접 공격하는 것이 아니라 우리 몸의 면역세포인 대식세포(macrophage)를 활성화해 항암 면역반응을 높이는 것으로 확인됐다. 또한, 연구팀은 부추 나노베지클 내부의 작은 RNA인 ‘miR-488’이 면역 활성에 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다. 이 RNA는 대식세포 내부의 ‘Bcl6’ 유전자를 조절해 대식세포를 항암 기능이 강화된 상태로 변화시키는 것으로 나타났다. 백문창 교수는 “20세기가 식물에서 얻은 저분자 의약품의 시대였다면, 21세기는 식물 유래 RNA 바이오의약품의 시대가 될 수 있다고 생각한다. 버드나무에서 아스피린이 탄생해 현대 의약품의 시대를 열었던 것처럼, 이번 연구는 식물이 RNA 기반 바이오의약품의 새로운 원천이 될 수 있음을 보여준 중요한 출발점이다”라고 연구 의미를 짚었다. 이어 “이번에 구축된 110종 식물 나노베지클 라이브러리는 향후 암 치료뿐 아니라 만성 염증성 질환, 자가면역 질환, 퇴행성 질환, 노화 관련 질환 등 다양한 질환에 적용 가능한 기반 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 핵심연구지원사업과 선도연구센터 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 바이오·나노 소재 분야 국제학술지인 ‘바이오액티브 머티리얼즈(Bioactive Materials, IF=23.6)’에 6월 23일 온라인 게재됐다. *Title of original paper: Systematic discovery of immunomodulatory plant-derived nanoparticles reveals RNA-mediated macrophage reprogramming *Abstract Plant-derived nanoparticles (PNPs) have emerged as a promising class of bioactive nanomaterials with intrinsic immunomodulatory properties, offering a sustainable and biocompatible alternative to synthetic delivery systems. However, their systematic exploration has been hindered by a fragmented “one-plant-one-function” research paradigm. Here, we establish a comprehensive bio-discovery platform by constructing a taxonomically diverse library of 110 PNPs. Through integrated physicochemical characterization and high-throughput functional screening, we identify Allium tuberosum-derived nanoparticles (ANPs) as a potent bioactive nanoparticle that effectively promotes pro-inflammatory macrophage polarization. Mechanistically, we demonstrate that the bioactivity of ANPs is largely mediated by their endogenous RNA cargo, specifically ANP-miR-488, which modulates the Bcl6 signaling axis to initiate macrophage reprogramming. Furthermore, ANPs significantly sensitize cold tumors to immune checkpoint blockade therapy in a syngeneic LLC1 lung carcinoma model. This study not only provides a generalizable strategy for the systematic discovery of bioactive nanomaterials but also highlights the clinical potential of RNA-mediated PNPs as a promising platform for enhancing cancer immunotherapy. *Journal: Bioactive Materials *Web Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X26003701?via%3Dihub
2026-07-13
조연정 교수팀, 반도체 발열․소모전력 낮출 차세대 양자 물질 제어 원리 규명
물리학과 조연정 교수팀이 기존 실리콘 반도체의 물리적 한계인 전력 소모와 발열 문제를 극복할 수 있는 차세대 양자 자성 물질의 핵심 제어 원리를 규명했다. 조 교수팀은 서울대 박제근 교수팀과 공동연구를 통해 코발트가 삽입된 전이금속 화합물인 코발트탄탈황화물(이하 CTS)에서 물질 고유의 카이랄(Chiral) 스핀 구조가 만드는 미세한 자성(자기 모멘트)이 전자 네마틱 상(Electronic Nematicity·전하 분포의 방향성)을 유도·제어하는 핵심 역할을 한다는 사실을 규명했다. 이번 연구는 외부 자기장을 조작하는 것만으로 전자 네마틱 상을 원하는 방향으로 제어하고, 그 상태를 전원이 꺼져도 유지할 수 있는 ‘비휘발성’ 특성을 실험과 이론으로 동시에 입증했다. 최근 과학계에서는 전자의 스핀을 활용해 전력 소모를 줄이고 처리 속도를 높이는 ‘스핀 소자’ 연구가 활발하다. 특히 외부로 자성이 드러나지 않아 주변 자기장 간섭을 받지 않고 데이터 손실 우려가 적은 반강자성체 계열 물질이 주목받고 있다. 실험에 사용된 CTS 물질 역시 겉으로는 자성이 거의 없는 반강자성체이면서도 내부에는 아주 미세한 자성이 존재하는 양자 자성 물질이다. 최근 이 물질 내부에서 스핀의 카이랄성과 전자 네마틱 상이 공존한다는 사실이 보고됐으나, 두 현상의 인과관계는 그동안 명확히 밝혀지지 않아 소자 기술 응용에 한계가 있었다. 연구팀은 극저온 전기저항과 자성 토크 측정 실험을 통해 CTS 내부의 미세한 자성이 전자 네마틱 상의 방향을 결정하고 제어하는 핵심 연결고리라는 사실을 규명했다. 겉으로는 자성이 없는 반강자성 상태처럼 보이지만, 내부 스핀 구조가 거울상 대칭이 깨진 카이랄 구조를 가질 때만 아주 미세한 자성이 발현돼 전하 정렬 방향을 결정하는 핵심 연결고리가 됨을 포착했다. 연구팀이 외부 자기장으로 이 미세 자성의 방향을 바꾸자 전자 네마틱 상의 분포 역시 원하는 대로 제어됐다. 이처럼 한 번 제어된 상태는 전원이 꺼져도 유지되는 비휘발성 특성을 보여, 데이터를 안정적으로 저장할 수 있음을 확인했다고 연구팀은 설명했다. 조연정 교수는 “이번 연구는 물질 고유의 카이랄 구조와 전자 네마틱 상, 미세 자성이 하나의 양자 물질 안에서 어떻게 상호작용하는지 명확히 밝혔다는 점에서 학술적 의미가 크다. 특히 외부 자기장으로 제어한 전하의 정렬 정보(데이터)가 유실되지 않는 특성을 갖추고 있어, 초고속·초절전 차세대 메모리 반도체 기기나 정보 보안성이 높아야 하는 양자 정보 처리 소자 개발에 실질적인 설계 지침이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 6월 2일자 논문으로 게재됐다. *Title of original paper: Title of original paper: Weak In-Plane Ferromagnetism and Electronic Nematicity in the Distorted Triple-Q Magnetic Phase of Co1/3TaS2 *Journal: Advanced Materials *Web Link:: http://doi.org/10.1002/adma.202600020 <사진 왼쪽부터 조연정 교수, 최준영 박사(졸업생)>
2026-07-10
이준형 교수, 스탠퍼드대·SLAC와 국제공동연구 성과… Nature Energy·Nature 게재
신소재공학과 이준형 교수는 미국 스탠퍼드대학교 재료공학과 및 SLAC(Stanford Linear Accelerator Center, 스탠퍼드 선형가속기 국립연구소) 연구진과 지속적인 국제공동연구를 수행해오고 있으며, 그 성과로 공동저자로 참여한 연구논문 2편이 Nature Energy(IF=70)와 Nature(IF=56)에 각각 게재됐다. 첫 번째 논문인 ‘Uniform pore structure enables negligible degradation in undoped and uncoated Ni-rich cathodes’는 2026년 3월 Nature Energy에 게재됐으며, 리튬이온전지 양극재의 새로운 합성 공정을 제시한 연구다. 기존 리튬이온전지 양극재는 고전압 상전이 문제를 해결하기 위해 도핑, 코팅, 농도구배와 같은 복잡한 나노구조 설계에 크게 의존해왔다. 연구진은 기존 합성 양극재를 분석한 결과, 화학-기계적 열화 현상이 소성(calcination) 과정에서 발생하는 원료 고체 입자 간 불균일한 접촉과 이로 인해 형성되는 나노스케일 기공과 밀접하게 관련되어 있음을 확인했다. 이를 바탕으로 연구진은 고온 합성 과정에서 온도를 급격히 상승시켜, 용융온도가 낮은 LiOH가 고체 상태의 전구체와 반응이 완료되기 전에 일시적으로 액체 상태로 존재하도록 유도했다. 이를 통해 기존의 고상-고상 계면 반응을 액상-고상 계면 반응으로 전환할 수 있었으며, 액상 LiOH는 강한 모세관 힘에 의해 고체 입자 사이를 빠르게 침투해 입자를 효과적으로 적심으로써 반응물질 간 접촉면적을 확대하고 조성 분포를 균질하게 만들었다. 그 결과 미세구조가 균일하게 발달하고 조성 균일성이 크게 향상됐으며, 양극재의 변형 에너지가 효과적으로 분산되어 고전압 상전이가 존재함에도 우수한 사이클 수명과 전기화학적 성능을 구현할 수 있었다. 이번 연구는 복잡한 추가 공정 없이 단순한 열처리 공정 개선만으로도 높은 사이클 안정성을 갖는 양극재 합성이 가능함을 보여줬다는 점에서 의미가 크다. 두 번째 논문인 ‘Dendrite initiation and deflection in biaxially stressed solid electrolytes’는 2026년 7월 Nature에 게재됐으며, 차세대 전고체전지용 리튬 이온전해질 소재의 안정성 향상에 관한 연구다. 전고체전지는 에너지 밀도와 안전성 측면에서 장점이 크지만, 낮은 충전 속도에서도 리튬 덴드라이트의 생성과 전파로 인한 전기적 단락이 발생하는 문제가 있다. 그동안 덴드라이트는 고체전해질 표면에서 시작되어 내부로 전파되는 것으로 알려져 왔다. 그러나 이번 연구에서 연구진은 형상기억합금을 이용해 고체전해질에 이축 압축응력(biaxial stress)을 가한 상태에서 충·방전 시 리튬의 석출 및 성장 거동을 분석한 결과, 덴드라이트가 고체전해질 내부에서도 생성될 수 있음을 직접 입증했다. 또한 기존 연구에서는 약 1 mA/cm² 수준의 낮은 전류밀도에서도 덴드라이트 성장으로 인한 전기적 단락이 보고된 바 있으나, 이축 압축응력을 인가할 경우 전해질 내부에 다수의 덴드라이트가 생성되더라도 그 성장 방향이 전기장에 수직으로 편향되어 100 mA/cm²의 극한 고속 충전 조건에서도 단락 없이 장시간 안정적인 충·방전이 가능함을 확인했다. 아울러 극한 환경에서 장시간 충·방전한 후 전해질 내부의 결정립계(grain boundary) 접합부와 기공(pore)에서 고립된 리튬 침착물이 관찰됐으며, 연구진은 이것이 내부 덴드라이트의 개시 지점으로 작용함을 확인했다. 이번 연구는 덴드라이트의 표면 개시와 내부 개시 메커니즘을 하나의 틀로 통합하고, 이축 압축응력이 두 메커니즘 모두에서 단락을 방지할 수 있음을 제시했다는 점에서 학술적 의의가 크다. 특히 이번 연구에는 본 연구실의 김승현 박사과정생도 참여해 공동저자로 이름을 올렸다. 현재 이준형 교수는 스탠퍼드대학교 연구진과 함께 차세대 에너지저장장치인 나트륨이온전지 분야에 대한 공동연구도 진행하고 있다. 이번 성과는 국제공동연구를 기반으로 한 세계적 수준의 연구역량을 보여주는 사례로, 향후 우수한 연구성과 창출과 글로벌 연구협력 확대에 대한 기대를 높이고 있다. *Web Link - Nature: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10734-x - Nature Energy: https://doi.org/10.1038/s41560-026-01988-w
2026-07-09
경북대‧성균관대‧경희대 공동연구팀, 산소 반응 안정화로 차세대 고용량 배터리 설계 원리 제시
1000km급 전기차 및 피지컬 AI 시대 앞당긴다.
경북대학교·성균관대학교·경희대학교 공동연구팀이 차세대 고용량 배터리의 핵심 난제인 산소 반응의 불안정성을 해결할 새로운 설계 원리를 제시했다. 이번 연구는 고에너지 밀도 배터리의 성능과 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 전략으로, 차세대 전기차와 대규모 에너지저장장치(ESS), 전고체 배터리 등에 활용될 고용량 양극 소재 개발의 새로운 방향을 제시했다. 경북대 화학교육과 이원태 교수 연구팀은 성균관대 윤원섭 교수, 경희대 박민식 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 리튬이 풍부한 니켈 기반 양극 소재에서 충전 과정 중 발생하는 산소 반응의 불안정성을 제어할 수 있는 구조 설계 원리를 규명했다. 리튬이온배터리의 에너지 밀도를 높이기 위해서는 양극 소재가 더 많은 에너지를 저장할 수 있어야 한다. 이에 따라 최근에는 기존의 전이금속 산화·환원 반응뿐만 아니라 산소까지 전기화학 반응에 참여시키는 ‘음이온 산화·환원(anionic redox)’ 기반의 차세대 고용량 양극 소재가 차세대 배터리 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 그러나 이러한 소재는 충전 과정에서 결정 구조에 결합된 산소가 기체 형태로 방출되는 문제가 있다. 산소가 방출되면 결정 구조가 불안정해지고 미세 균열과 구조 붕괴가 발생해 배터리의 성능과 수명이 급격히 저하된다. 이 때문에 음이온 산화·환원 소재의 상용화를 가로막는 가장 큰 기술적 난제로 여겨져 왔다. 연구팀은 기존 상용 양극 소재보다 훨씬 높은 에너지 저장 능력을 갖지만, 충전 과정에서 구조가 무질서해지며 산소가 방출되는 리튬니켈옥사이드(Li2NiO2) 계열 양극 소재에 주목했다. 연구팀은 소재 내부에 소량의 플루오린(F)을 도입하는 원자 수준의 설계 전략을 통해 이러한 문제 해결의 실마리를 발견했다. 플루오린이 도입되면 소재 내부에 리튬-산소-금속-플루오린(Li-O-M-F) 결합 구조가 형성된다. 이 구조는 산소의 전자 상태를 더욱 안정화해 충전 과정에서 산소가 기체로 방출되는 시점을 늦추고, 산소 반응을 보다 안정적으로 유지하는 역할을 한다. 그 결과 기존 소재에서 나타나던 산소 방출이 효과적으로 억제됐으며, 대신 니켈 금속 이온이 전기화학 반응에 더 크게 기여하는 것으로 확인됐다. 이를 통해 구조 붕괴와 미세 균열 발생이 크게 감소했고, 배터리의 수명과 구조적 안정성이 동시에 향상됐다. 이원태 교수는 “이번 연구는 리튬이 풍부한 차세대 양극소재의 고질적인 산소 불안정성을 해결할 수 있는 새로운 설계 원리를 제시했다는 점에서 의미가 크다. 원자 수준의 미세 구조 제어를 통해 산소 반응과 구조 안정성을 동시에 조절할 수 있음을 규명함으로써 차세대 고에너지 배터리 개발의 새로운 방향성을 제시했다.”라고 설명했다. 이어 “전기차, ESS, 전고체 배터리, 휴머노이드 로봇 등 피지컬 AI 기술의 발전에는 더 많은 에너지를 더 안전하게 저장할 수 있는 배터리 기술이 필수적이다.”라며, “이번 연구에서 제시한 설계 전략은 1000km급 장거리 전기차 구현에 기여할 차세대 고용량 배터리는 물론, 다양한 피지컬 AI 시스템에 적용될 고에너지 저장 기술 개발에도 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.”라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 세계 최고 권위 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF 29.1, JCR 상위 1.8%)’ 6월 23일자 표지논문으로 게재됐다. *Title of original paper: A Design Strategy for Durable Anionic Redox via Fluorine-Induced Electronic Structure Modulation in In-situ Formed Disordered Phases *Abstract Disordered cathode materials are attractive candidates for next-generation lithium-ion batteries (LIBs), but the intrinsic instability of anionic redox hinders their commercialization. Unlike conventional Li-excess disordered systems limited by compositional constraints of Li1+xM1-xO2, Immm-Li2NiO2 offers a platform to access highly lithiated chemistries that enable in situ disorder formation during electrochemical cycling. This allows lattice O to contribute to charge compensation; however, O2 release at high voltages compromises reversibility and cycling stability. To address this, fluorination generates a quadrupolar Li-O-M-F configuration that lowers the Li─O─Li band energy level and delays the onset of anionic redox. This electronic structure modification suppresses O2 evolution, enhances structural stability, and improves cycling performance. By coupling electrochemically induced disorder with stabilization through Li-O-M-F units, this work establishes a new framework for engineering durable, high-capacity cathodes, offering a blueprint for material design strategies that transcend stoichiometric restrictions and unlock stable anion redox functionality. *Journal: Advanced Materials *Web Link: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202518963
2026-07-07
김지식 교수, 인공지능 융합연구 논문 2편 국제 우수 학술지 게재
나노신소재공학과 김지식 교수가 2026년 6월, 인공지능 융합연구 성과를 담은 논문 2편을 국제 우수 학술지에 잇따라 게재했다. 이번 성과는 학술논문 작성 지원 인공지능 기술과 항공 구조물 피로균열 예측 인공지능 기술을 각각 주제로 한 연구로, 인공지능을 활용해 학술연구의 효율성과 구조물 안전성 평가의 정밀도를 높였다는 점에서 주목된다. 첫 번째 논문은 검색 증강 생성 기술(RAG)을 활용해 작성 중인 논문의 문맥을 학습하고, 이를 바탕으로 적절한 참고문헌을 자동 추천하는 모델을 제시한 연구다. 해당 모델은 상용 대규모 언어모델(LLM)과 비교해 더 높은 정확도를 보이며, 학술논문 작성 과정의 신뢰성과 효율성을 높일 수 있는 가능성을 제시했다. 이 연구 성과는 “Context-Aware Citation Suggestion: A Retrieval-Centric Approach for Academic Writing”라는 제목으로 국제학술지 Engineering Applications of Artificial Intelligence 에 게재됐다. 두 번째 논문은 디지털 영상 상관 기법으로 획득한 항공 구조물의 피로균열 첨단 변위장을 인공지능 모델로 분류·예측한 연구다. 연구팀은 과대하중에 따른 지연 피로파괴 조건에서도 균열 상태를 정확하게 분류하고, 균열전파 속도와 응력확대계수 범위 값을 예측하는 성과를 거뒀다. 이 연구는 “Deep Learning Approaches for Classifying Crack States With Overload and Predicting Fatigue Parameters in a Titanium Alloy”라는 제목으로 국제학술지 Advanced Intelligent Systems에 게재됐으며, 해당 호의 표지 논문으로도 선정됐다. 이번 연구 성과들은 과학기술정보통신부의 소재연구 데이터 활용 생태계 구축전략에 따라 기획된 나노 및 소재기술 개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 게재 학술지는 각각 ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY 분야 JCR 상위 2.5%, ROBOTICS 분야 JCR 상위 13.5%에 해당하는 우수 저널이다.
2026-07-07
박준석 교수, 직장암 수술 혈관 결찰 높이 논쟁에 근거 제시… 연구 결과 JAMA Surgery 게재
의과대학 박준석 교수가 참여한 호남·충청·영남 대장항문외과 연구회(K-CROSS) 공동 연구팀의 다기관 무작위 임상시험 결과가 외과 분야 최고 권위의 국제학술지인 JAMA Surgery 온라인판에 게재됐다. 이번 연구는 직장암 수술에서 오랜 논쟁이 이어져 온 ‘하장간막동맥 결찰 높이’의 임상적 의미를 규명한 성과다. 이번 연구에는 경북대학교 박준석 교수와 인제대학교 배기범 교수가 공동 교신저자로, 전남대학교 김창현 교수가 제1저자로 참여했다. 또한 호남·충청·영남 지역 7개 대학병원이 공동으로 연구를 수행해, 지역 의료진의 협력을 바탕으로 세계적 수준의 임상 근거를 마련했다는 점에서 의미를 더한다. 연구 주제는 직장암 수술 시 암을 제거한 뒤 장을 다시 문합할 때 중요한 혈관을 어디에서 결찰(묶음)하는 것이 더 안전한가에 대한 문제다. 기존에는 암 주변 림프절을 충분히 제거하기 위해 혈관을 높은 위치에서 묶는 방법(고위 결찰)과, 남은 장의 혈류를 보존하기 위해 낮은 위치에서 묶는 방법(저위 결찰)을 두고 외과 의사들 사이에서 오랜 논쟁이 이어져 왔다. K-CROSS 연구팀은 2019년부터 2024년까지 국내 7개 대학병원에서 복강경 또는 로봇을 이용한 최소침습 수술을 받은 직장암 환자 314명을 대상으로 무작위 배정 임상시험을 진행하여, 수술 후 합병증과 장기 기능 회복을 정밀하게 비교 분석했다. 연구 결과, 수술 후 가장 중요한 합병증 중 하나인 문합부 누출률은 저위 결찰군이 4.9%, 고위 결찰군이 6.0%로 두 수술법 사이에 통계적으로 의미 있는 차이가 없었다. 또한 수술 12개월 뒤 환자들의 배변 기능, 배뇨 기능, 성기능, 전반적인 삶의 질 역시 두 그룹 간에 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 숙련된 외과의가 표준화된 최소침습 수술을 시행한다면 혈관 결찰 위치 자체가 환자의 안전성과 장기 기능 회복을 좌우하는 절대적 요인은 아니라는 점을 객관적으로 입증했다. 결과적으로 중요한 것은 환자의 혈관 구조, 장의 길이와 긴장도, 종양 위치, 수술자의 경험을 종합해 가장 적절한 방법을 선택하는 것이다. 박준석 교수는 이번 성과를 통해 지역 필수의료 현장에서 축적된 수술 역량과 협력 연구 체계가 국제적으로 인정받았다는 점에 의미를 둘 수 있다고 밝혔다. 연구팀 역시 암 수술, 외래, 응급진료를 병행하는 환경 속에서도 삼남권 의료진이 공동 연구 기반을 구축해 세계적 수준의 임상 근거를 만들어냈다고 평가했다. 한편, 이번 연구는 보건복지부 산하 한국보건산업진흥원의 국책 임상연구 지원을 받아 수행됐다. <사진 왼쪽부터 박준석 교수, 전남대 김창현 교수>
2026-07-03
치과대학 연구진, 세균 유래 세포밖소포체의 후각 경로 통한 기능성 RNA 뇌 전달 확인
치과대학 이헌진 교수팀이 세균이 방출하는 세포밖소포체가 코의 후각 경로를 통해 뇌세포에 기능성 RNA를 전달할 수 있음을 확인했다. 이번 연구는 국제학술지 Journal of Extracellular Vesicles(JCR IF=21.7) 6월호에 발표됐다. 코는 단순히 냄새를 맡는 기관을 넘어 외부 환경과 뇌가 가장 가까이 만나는 관문이다. 연구팀은 이 ‘코-뇌 연결 통로’를 통해 세균 유래 세포밖소포체가 뇌 안으로 들어가고, 그 안에 담긴 RNA가 실제로 뇌세포 내에서 기능할 수 있음을 입증했다. 연구팀은 대장균 유래 세포밖소포체에 실험용 RNA인 Cre mRNA를 탑재해 생쥐의 코 안으로 투여했다. 세포밖소포체는 세균이나 세포가 외부로 내보내는 나노미터 크기의 막성 입자로, 생체 분자를 담아 나르는 ‘작은 택배상자’와 같은 역할을 한다. 연구 결과, 이 소포체는 코 안의 후각 조직을 지나 뇌의 후각망울까지 도달했으며, 전달된 RNA가 실제 기능을 수행하는 것으로 나타났다. 이번 연구에서는 mT/mG 특수 생쥐 모델이 사용됐다. 이 생쥐의 세포는 원래 빨간색 신호를 내지만, Cre mRNA가 세포 안으로 들어가 단백질로 발현돼 작동하면 초록색 신호로 바뀐다. 연구 결과, Cre mRNA를 실은 세균 유래 세포밖소포체를 비강 투여한 생쥐의 후각상피와 후각망울에서 초록색 신호가 관찰됐다. 이는 세균 유래 소포가 RNA를 뇌세포 안으로 전달했고, 그 RNA가 실제 생물학적 기능을 수행했다는 강력한 증거다. 연구팀은 세포밖소포체가 뇌에 도달한 뒤 뇌 조직의 반응도 분석했다. 후각망울에서는 면역 조절 및 신경 신호와 관련된 단백질 변화가 관찰됐고, 사이토카인 반응, 골수계 면역세포 활성화, 세포외기질 재구성, 소포 이동과 관련된 경로에서도 변화가 확인됐다. 이는 세균 유래 소포가 단순히 이동하는 입자에 그치지 않고, 뇌의 신경-면역 환경에 실제 변화를 일으킬 수 있음을 시사한다. 연구팀은 세포밖소포체가 뇌에 도달하는 경로로 두 가지를 제시했다. 첫째는 후각신경을 따라 이동하는 신경 경로다. 후각신경은 코 안의 후각상피에서 시작해 뇌의 후각망울로 이어지며, 세포밖소포체는 신경 말단에서 흡수된 뒤 신경세포의 수송 체계를 이용해 세포체 방향으로 이동할 수 있었다. 둘째는 면역세포 경로다. 대식세포와 호중구 같은 포식세포가 코 점막에서 세포밖소포체를 삼킨 뒤 더 깊은 뇌 조직으로 이동하는 모습이 관찰됐다. 이를 통해 세균 유래 소포가 신경세포 경로와 면역세포 경로를 모두 이용해 뇌에 접근할 수 있음이 확인됐다. 이러한 이동 기전을 추가로 확인하기 위해 연구팀은 미세유체 바이오칩을 활용했다. 이 장치는 신경세포의 세포체와 긴 돌기를 서로 다른 공간에 배치해, 물질이 신경 돌기를 따라 실제로 이동하는지를 관찰할 수 있도록 한다. 형광 표지된 세포밖소포체를 신경 돌기 쪽에만 처리한 결과, 소포는 신경세포 안으로 들어가 세포체 방향으로 이동했다. 이는 세포밖소포체가 신경세포의 기존 수송 시스템을 활용할 수 있음을 보여준다. 또한 연구팀은 세포밖소포체의 세포 내 유입 방식도 규명했다. 세포내 섭취를 막는 약물을 처리하자 신경세포 안으로 들어가는 세포밖소포체의 양이 크게 줄었고, 세균 유래 RNA의 전달 역시 감소했다. 이는 세포밖소포체가 세포 표면에 우연히 부착되는 것이 아니라, 세포가 물질을 내부로 받아들이는 능동적 과정에 의해 유입된다는 점을 보여준다. 이번 연구는 미생물과 뇌의 관계를 새롭게 조명한다. 장내미생물과 뇌의 관계는 이미 많은 관심을 받고 있지만, 코 점막에 존재하거나 코를 통해 들어오는 미생물 신호가 뇌와 어떻게 소통하는지는 충분히 밝혀지지 않았다. 이번 논문은 세균이 직접 뇌를 침범하지 않더라도, 세균이 방출한 작은 소포체가 RNA와 같은 생체 정보를 담아 뇌세포에 영향을 줄 수 있음을 보여준다. 이는 감염, 염증, 신경퇴행성 질환, 미생물-뇌 축 연구에 중요한 단서를 제공한다. 의학적 활용 가능성도 주목된다. 뇌 질환 치료에서 가장 큰 장벽 중 하나는 약물이나 RNA 치료제를 뇌 안으로 안전하고 효율적으로 전달하는 일이다. 뇌는 혈액-뇌 장벽이라는 강력한 보호막을 가지고 있어 많은 약물이 쉽게 들어가지 못한다. 이번 연구는 코를 통한 비침습적 전달 방식과 세균 유래 세포밖소포체를 결합할 경우, 향후 RNA 치료제나 백신, 신경질환 표적 전달 기술로 발전할 가능성을 제시한다. 논문은 특히 비강 투여한 세균 세포밖소포체가 신경세포와 면역세포를 통해 기능성 RNA를 뇌 영역으로 전달할 수 있으며, 이는 신경염증, 신경퇴행성 질환, 비침습적 RNA 전달 전략 개발에 의미가 있다고 결론지었다. 이번 연구는 “세균과 뇌는 멀리 떨어져 있다”는 기존 인식을 넘어, 세균이 방출한 나노 크기 소포가 코를 통해 뇌와 소통하고 그 안의 RNA가 뇌세포 안에서 실제 기능할 수 있음을 보여준 데 의미가 있다. 이는 미생물-뇌 축 연구의 새로운 장을 여는 발견이자, 알츠하이머와 같은 뇌 질환 치료제 전달 또는 뇌에 작용하는 RNA 백신 개발의 출발점이 될 수 있다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받은 한국연구재단 기초연구실 지원사업(BRL: 구강-뇌 축 연구실)을 통해 수행됐다. *Title of original paper: Intranasal Delivery of Bacterial Extracellular Vesicles Enables RNA Cargo Entry Into the Brain *Abstract Extracellular vesicles (EVs) released by bacteria are potent mediators of host–microbe interactions. They modulate immune responses, deliver functional molecules and influence disease progression. However, whether bacterial EVs can access the brain and functionally affect host cells remains unclear. In this study, we engineered Escherichia coli-derived EVs by electroporating Cre recombinase mRNA (Ec EVCre) and assessed their transport and functional delivery following intranasal administration. Using mT/mG reporter mice, we observed EV uptake in the olfactory epithelium and recombination-driven GFP expression in a subset of neurons in the olfactory bulb, providing proof-of-concept for the functional delivery of bacterial EV-associated mRNA into the brain. Single-cell RNA sequencing and imaging analyses of the olfactory regions revealed neuronal and immune cell subsets as key EV targets. Microfluidic biochip chamber assays with cultured sensory neurons demonstrated that EVs undergo retrograde axonal transport from neurite terminals to the soma via signalling endosomes. Pharmacological inhibition significantly impaired EV uptake, supporting the involvement of endocytic pathways. In addition to neuronal entry, we discovered that phagocytic cells, including neutrophils and macrophages, can engulf EVCre in the nasal mucosa and migrate into the brain, providing an alternative immune-mediated route for vesicle delivery. Together, these findings indicate that bacterial EVs exploit both neuronal and phagocytic pathways to deliver functional RNA cargo into the brain, providing novel insights into microbial access to the central nervous system and its implications for neuroimmune interactions. *Journal: Journal of Extracellular Vesicles *Web Link: https://isevjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jev2.70320
2026-07-02
경북대·생기연, PET 화학적 재활용을 위한 폐굴껍데기 유래 자성 이중 촉매 개발
버려진 폐굴껍데기, 폐PET를 새 플라스틱 원료로 바꾸다
경북대 연구팀이 버려지는 폐굴껍데기를 활용해 폐플라스틱(PET)을 원래의 고부가 화학 원료로 전환할 수 있는 친환경 자성 촉매를 개발했다. 경북대 금속재료공학과 민유호 교수팀은 한국생산기술연구원 문건대 박사팀과 공동 연구를 통해 버려진 굴껍데기에서 추출한 산화칼슘(CaO)을 자성 물질과 결합한 ‘자성 이중 산-염기 촉매’를 개발했다. 이 촉매는 폐PET를 고효율로 분해할 뿐만 아니라, 반응이 끝난 뒤 자석을 이용해 쉽게 회수할 수 있는 것이 특징이다. PET는 생수병, 섬유, 포장재 등에 널리 쓰이는 대표적인 플라스틱이다. 그러나 사용하고 버려진 폐PET를 단순히 잘게 부수어 다시 녹여 만드는 ‘기계적 재활용’은 반복할수록 플라스틱의 품질이 떨어지기 쉽고, 이물질이 묻었거나 다른 종류와 섞여 있으면 고품질로 재활용하기 어렵다는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 PET를 화학적으로 완전히 분해해 처음 새 플라스틱을 만들 때와 똑같은 순수한 원료(BHET) 상태로 되돌리는 ‘화학적 재활용’ 기술이 주목받고 있다. 그중 ‘글리콜리시스’는 에틸렌글리콜(EG)을 이용해 PET를 분해하는 기술이다. 기존 분해 촉매들은 대부분 미세 가루 형태로, 반응 후 점성이 있는 액체 속에서 회수하기 어렵고 반복 사용이 쉽지 않은 한계가 있었다. 연구팀은 강염기성의 굴껍데기 성분과 산성 및 자성 회수 특성을 가진 코발트페라이트를 결합해 이 문제를 해결했다. 이번 촉매의 핵심은 하나의 표면에서 두 가지 반응을 동시에 촉진하는 ‘이중 산-염기 활성점’ 구조다. 코발트페라이트는 PET의 결합을 느슨하게 열어주고, 굴껍데기 유래 산화칼슘은 분해 액체(EG)를 활성화해 가위로 자르듯 PET 사슬을 빠르고 효과적으로 끊어낸다. 또한, 연구팀이 개발한 촉매는 PET 분해에 필요한 활성화 에너지를 기존 코발트페라이트(CFO) 촉매보다 약 절반 수준으로 낮춰 보다 효율적인 화학적 재활용이 가능하다는 것을 확인했다. 이 촉매는 210℃, 3시간 조건에서 폐PET를 약 99% 분해했으며, 화학 원료(BHET)를 90% 이상의 높은 수율로 얻어냈다. 또한 반응 후 자석만 대면 복잡한 공정 없이 쉽게 분리되어, 20회 이상 반복 사용해도 높은 성능을 유지했다. 연구팀은 실험실 규모를 넘어 10g, 100g, 10kg급 PET 분해 반응으로 공정을 확장해 실제 적용 가능성도 검증했다. 10kg급 반연속(Semi-continuous) 반응에서도 90% 이상의 높은 PET 분해율을 유지해 실제 대형 공정으로의 확장 가능성을 확인했다. 특히 이번 연구는 해양 환경 오염의 주범인 폐굴껍데기를 촉매 원료로 활용했다는 점이 차별화된다. 굴껍데기는 주성분이 탄산칼슘(CaCO3)으로, 적절한 처리를 통해 산화칼슘 기반 촉매 원료로 전환할 수 있다. 연구팀은 해양 쓰레기와 도심의 폐플라스틱 문제를 동시에 고려한 자원순환형 촉매 설계 가능성을 제시했다고 설명했다. 민유호 교수는 “이번 연구는 단순히 PET를 분해하는 촉매를 개발한 것을 넘어, 폐굴껍데기에서 얻은 산화칼슘의 강한 염기성, 코발트페라이트의 산 활성점, 그리고 자성 회수 특성을 하나의 촉매 구조 안에 결합한 데 의미가 있다.”라며 “향후 폐PET 화학적 재활용 공정의 효율화와 플라스틱 순환경제 구현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 해양수산과학기술진흥원 지원사업, 한국연구재단의 지역혁신선도연구센터(경북대 탄소중립지능형에너지시스템센터)와 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다. 제1저자는 경북대 금속재료공학과 이찬영 석사과정생과 한국생산기술연구원 서호준 연구원이며, 교신저자는 경북대 민유호 교수 및 한국생산기술연구원 문건대 박사이다. 연구 결과는 화학공학 및 소재 분야 국제학술지인 ‘케미컬 엔지니어링 저널 (Chemical Engineering Journal, IF=12.5, JCR 상위 4%)’ 6월 14일자 온라인판에 게재됐다. *Title of original paper: Waste-derived CoFe2O4-CaO magnetically recoverable dual acid-base catalyst for efficient PET glycolysis *Abstract Poly(ethylene terephthalate) (PET) is a widely used plastic, yet its high crystallinity and chemical stability severely hinder efficient recycling. Chemical recycling via glycolysis offers a promising pathway for recovering bis(2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET). However, the development of selective, recyclable, and scalable catalysts remains challenging. This paper reports a dual-site catalytic system incorporating CaO-decorated CoFe2O4 (CFO-xCa) heterostructured particles synthesized using waste oyster shells as a sustainable Ca precursor. In this catalyst, CFO provides transition-metal cations (Co2+, and Fe3+) that act as Lewis acidic sites to activate PET ester bonds, while CaO supplies Lewis basic sites that promote ethylene glycol deprotonation, generating a synergistic acid-base interface for efficient transesterification. Systematic optimization of CaO content and reaction parameters revealed CFO-0.29Ca as the optimal composition, which achieved nearly complete PET conversion with BHET yields exceeding 90%. The catalyst exhibited excellent magnetic recoverability and stable performance over 20 cycles. Surface and desorption analyses elucidated the acid-base properties, confirming the formation of well-balanced Lewis acidic and basic sites. Significantly, PET glycolysis was demonstrated in a 10 kg pilot-scale reactor while maintaining high PET conversion, although the isolated BHET yield indicates room for further engineering optimization at a large scale. Overall, this work supports the potential of waste-derived, magnetically recoverable dual-site catalysts for circular PET chemical recycling. *Journal: Chemical Engineering Journal *Web Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726058687?dgcid=author <사진 왼쪽부터 민유호 교수, 이찬영 석사과정생>
2026-07-01
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