한국전기연구원(이하 KERI, 원장 명성호) 전고체전지 연구개발팀(하윤철·김병곤·최홍준 연구원)의 ‘안정적인 황화물계 전고체전지용 음극 제조 기술’ 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지 표지논문에 게재됐다.
전고체전지는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을 기존 가연성의 액체에서 화재나 폭발의 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다.
일반적으로 전고체전지의 음극 소재로 ‘리튬금속(Li-metal)’이 사용되고 있는데 문제는 충·방전을 거듭할수록 리튬 표면에 나뭇가지 모양의 형태로 리튬이 자라나는 일명 ‘수지상(dendrite) 성장’이 발생해 내부 단락을 일으키는 등 전지의 수명과 안정성을 크게 낮추는 원인으로 작용해왔다.
전고체전지의 상용화를 막는 가장 큰 기술적 난제 중 하나였다.
그동안 이를 해결하기 위해 리튬 금속 표면을 화학적으로 처리하는 방법, 리튬 저장용 구조체를 도입하는 방법, 리튬을 다른 물질로 바꾸는 방법과 같은 다양한 시도가 있었으나 이들 방법은 제작 방법이 매우 복잡하거나 전압이 낮아지는 등 상용화 관점에서 한계를 보였다.
이에 KERI가 찾은 방안은 리튬 친화성 물질인 ‘은(Ag)’으로 연구팀은 리튬과 은을 결합해 합금(alloy)을 형성하면 열역학적으로 안정한 ‘금속간화합물 상(phase)’을 형성한다는 것을 알아냈고 이것이 물리적인 보호막 역할을 수행함으로써 수지상 성장을 막을 수 있을 뿐만 아니라 황화물계 고체전해질과의 화학적 안정성 또한 향상된다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀은 대면적으로 제작이 가능한 ‘롤 프레싱’ 방식을 활용해 리튬 포일과 은 포일을 물리적으로 결합시켰고 다양한 전기화학 평가와 ‘X선 광전자 분광기 분석’, ‘X-ray 단층촬영’ 등 여러 검증을 통해 ‘은-리튬 합금 음극’을 적용한 전고체 셀이 140 사이클 이상의 충·방전 수명 특성을 달성할 수 있다는 것을 확인했다.
현재 상용화된 리튬이온전지가 통상 300회 이상의 사이클을 요구하고 있다는 점을 감안하면 이번 KERI의 기술은 전고체전지가 가진 상용화 난제 해결에 한 걸음 다가선 의미 있는 성과라 할 수 있다.
KERI 김병곤 박사는 "음극은 전지의 성능과 수명에 큰 영향을 미치기 때문에 많은 양의 리튬을 가역적으로 저장할 수 있도록 설계하는 것이 핵심"이라며 "우리의 기술은 리튬이 가진 높은 셀 전압의 장점은 살리고 단점인 수지상 성장은 억제하며, 대면적으로 음극을 제조해 활용성을 크게 높인 획기적인 성과다"고 설명했다.
해당 연구결과는 저널인용지표(JCR) 상위 5.3%의 재료과학 분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF 16.806)’ 1월호에 표지논문으로 게재됐다.
연구팀은 이번 연구 방향을 살려서 리튬 친화성 물질인 은의 양을 최적화하는 방법 혹은 은을 대체할 수 있는 물질을 탐색하는 등 가격경쟁력을 향상시킬 수 있는 방법을 찾는다는 계획이다.
◆낙동강유역환경청, 지난해 환경영향평가 협의내용 미이행 등 79건 적발
낙동강유역환경청(청장 이호중)은 2021년 관내 '환경영향평가 사업장 사후관리' 결과, 환경영향평가법 관련 사항을 위반한 50개 사업장을 적발해 이행조치 요청, 과태료 부과 등 총 79건의 조치를 했다고 17일 밝혔다.
환경영향평가 사후관리는 개발사업 시행에 따른 환경영향을 최소화하기 위해 사업자(승인기관)와 환경부(낙동강유역환경청)가 협의한 환경영향저감방안 등 대책(저감방안)을 사업자가 충실히 이행하고 있는지 등을 조사·확인하고 저감방안 등이 미실시됐을 경우 이를 준수하도록 조치하는 등 환경영향평가 실효성을 확보하기 위한 것이다.
낙동강유역환경청은 관내 환경영향평가 사업장에 대한 현지조사, 사후환경영향조사서 검토 등 사후관리했다.
이번 현지 조사는 환경영향평가법 위반 가능성이 높은 사업장, 비산먼지 발생 사업장, 여름 성수기의 행락지 수질오염 우려 사업장 등 계절별 환경적 특성을 고려해 조사 대상을 선정해 원형보전지 보전, 협의기준 준수, 비산먼지 저감조치 등 저감방안 시행여부와 협의내용 관리대장 작성, 관리 책임자 지정 등 '환경영향평가법' 및 개별 협의내용과 관련된 제반사항 준수 여부를 확인·점검했다.
사후관리 실태조사 결과, 50개 사업장에서 79건의 위반을 확인하고 공사중지 2건, 고발 4건, 협의내용 이행조치 요청 39건 등을 조치했다.
법정보호종인 고리도룡뇽이 발견돼 이를 보호하기 위해 양산사송 공공주택지구 조성사업에 대해 공사중지(’21.04.30 ~ ‘21.06.16) 및 고리도룡뇽 보호대책을 수립하고 대체서식지를 조성토록 이행조치 요청을 했고 공사중지 명령을 미이행하고 사업을 운영한 마산 진북면 망곡리 석산개발사업은 고발 조치했다.
◆창원경상국립대병원, 간경화 환자 간이식 성공
창원경상국립대학교병원(병원장 이영준) 외과 간이식팀은 최근 간경화로 오랜기간 투병 중인 환자에게 고등학생 자녀인 공여자의 간을 이식하는 생체간이식수술을 지난 12월 23일 성공적으로 마쳤고 공여자와 수여자 모두 건강하게 퇴원했다고 17일 밝혔다.
이번 수술 환자인 A씨는 오랜 기간 간경화를 앓고 있었으며 최근 상태가 급격히 악화돼 급성 콩팥 기능 악화로 인해 소변도 나오지 않고 하루에 3000cc 이상의 복수가 발생하는 등 생명이 위급한 상태였다.
유일한 치료는 간이식 뿐이라 생체간이식을 위해 남편과 가족이 1차 검사를 진행했지만 기증자로 적합하지 않았다.
뇌사자의 간이식도 고려하기 위해 국립장기조직혈액관리원(KONOS)에 등록했으나 기증자 소식이 없어 애를 태우고 있던 중 당시 고등학교 1학년인 환자(현재 고2)의 아들 김모군이 자신의 간을 기증하겠다고 나섰다.
김군은 만 16세 이상으로 기증이 가능하지만 미성년자라 고려해야할 사항이 많아 KONOS의 승인을 받는데만 1달 정도 시일이 걸렸다.
또한 수술에 따른 위험성은 항상 존재하므로 의료진과 공여자, 환자 모두 깊은 고심을 하였다. 하지만 김군은 모든 어려움과 두려움을 뒤로하고 자신의 어머니를 위해 간을 기증하겠다는 의지를 굽히지 않았다.
1.2차 검사 결과 김군의 경우 간기증은 가능하지만 혈관과 담관의 변이가 있어 수술 증 각별한 주의가 필요했다.
또한 김군과 이모 환자는 HLA부적합 이식에 해당하는 케이스라 A 환자는 수술 전 여러 차례 혈장교환술 및 면역억제제 치료를 받아야 했다.
이렇게 오랜 기간 공들인 준비과정을 지나 지난 12월23일 간이식 수술을 진행했다.
걱정했던 대로 김군의 혈관 및 담관 변이로 수술이 매우 까다로웠지만 다행히 수술은 무사히 잘 끝났고 환자의 수술도 무리 없이 잘 마무리됐다.
현재 김군은 잘 퇴원해 학업을 이어나가고 있다.
◆창원힘찬병원, 로봇 인공관절 수술 500례 달성
창원힘찬병원(병원장 이상훈)이 로봇을 이용한 무릎 인공관절 수술 500례를 돌파했다.
지난 2020년 12월 인공관절 수술 로봇인 ‘마코’를 도입한 이래 1여년 만이다.
무릎 퇴행성관절염은 관절을 보호하는 연골이나 관절을 이루는 뼈와 인대 등에 손상이 생겨 염증과 통증이 발생하는 질환이다.
초기에는 주사나 물리치료, 운동요법 등 다양한 치료를 진행할 수 있지만 연골이 모두 닳은 말기 관절염 단계에서는 인공관절 수술이 유일한 치료법이다.
인공관절 수술은 손상된 뼈를 깎아내고 관절과 연골을 대신할 인공 구조물을 삽입하는 수술이다.
극심한 통증을 줄여주고 관절 기능 회복과 휘어진 다리를 교정해준다.
이러한 인공관절 수술의 정확도를 높이고 수술 후 합병증을 줄이기 위해 창원힘찬병원에서는 마코 로봇 수술을 진행하고 있다.
수술 전 3D CT(컴퓨터단층촬영)로 환자 무릎을 분석해 뼈 절삭 범위와 인공관절의 크기 및 삽입 위치 등을 예측한다.
수술 시 의사가 로봇팔을 잡고 뼈를 절삭하는데, 계획된 수술 범위를 벗어나면 작동이 멈추기 때문에 오차를 최소화하고 수술의 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
창원힘찬병원은 로봇 수술을 도입하고 1여년이 지난 현재 전체 인공관절 수술 중 로봇 수술이 차지하는 비중이 80% 이상 차지하고 있다.
창원힘찬병원 이상훈 병원장(정형외과 전문의)은 "의료진의 숙련도와 첨단 의료기술의 정확성이 합쳐진 시너지 효과로 단기간에 로봇 수술 500례를 달성했다"며 "앞으로도 안전하고 정밀한 로봇 수술로 환자 만족도를 높이고 지역 의료서비스 발전에 앞장서겠다"고 말했다.
