교육연구단 사업성과

• 논 문 저 자 : Yong Jun Choi, Sang Yup Lee*(교신저자)

• 논   문   명 : Microbial production of short-chain alkanes

• 게재학술지 : Nature 502(7471), 571-574 (2013.10)

• 우   수   성 :

▶ IF : 69.504 (보정IF : 3.215, 보정ES : 2.35377)
▶ FWCI : 8.97 (from Scopus)
▶ 인용횟수 : WoS=309, Google Scholar=465
▶ “Cover paper”, “국내외 언론보도”

본 연구는 세계 최초로 대사공학에 의해 미생물을 이용하여 가솔린을 생산하는 기술을 개발한 사례이다. 대장균의 지방산 대사회로 조작과 합성대사경로 도입을 포함한 시스템대사공학을 통해 대장균으로부터 가솔린으로 사용가능한 짧은 탄화수소를 생산하는데 성공하여 전세계 특허를 출원하였다. 세계적으로 불가능하게 여겨졌던 가솔린을 바이오 기반으로 발효 생산하는 기술을 개발한 것이다.

이 기술은 비록 생산 효율은 아직 매우 낮지만 미생물을 대사공학적으로 개량하여 가솔린을 처음으로 생산한 기술로써 다양한 바이오 화합물을 생산할 수 있는 플랫폼 기술이 될 수 있을 것이며, 재생 가능한 바이오매스를 전환하여 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올(Fatty alcohols) 및 바이오 디젤(Fatty ester)도 생산이 가능하다는 점에서 기존의 석유기반 화학산업을 바이오기반 화학산업으로 대체하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다.

이 기술은 비록 생산 효율은 아직 매우 낮지만 미생물을 대사공학적으로 개량하여 가솔린을 처음으로 생산한 기술로써 다양한 바이오 화합물을 생산할 수 있는 플랫폼 기술이 될 수 있을 것이며, 재생 가능한 바이오매스를 전환하여 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올(Fatty alcohols) 및 바이오 디젤(Fatty ester)도 생산이 가능하다는 점에서 기존의 석유기반 화학산업을 바이오기반 화학산업으로 대체하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다.

세계 최초의 생명체 기반의 가솔린 생산을 이루어 낸 본 연구를 통하여 바이오 디젤에 국한되었던 생물체 기반 연료 생산 기술이 가솔린 생산으로까지 한 단계 더 도약하는 이정표를 세웠으며, 위 업적을 인정받아 본 연구 내용은 세계적으로 권위 있는 학술지인 'Nature지'에 표지논문으로 게재되었으며 전 세계적으로 획기적인 기술로 주목을 받았다.

<그림↓> Metabolic engineering of E. colifor the production of shortchain alkanes

• 논 문 저 자 : Youngdong Song, Ercan Ozdemir, Sreerangappa Ramesh, Aldiar Adishev, Saravanan Subramanian, Aadesh Harale, Mohammed Albuali, Bandar Abdullah Fadhel, Aqil Jamal, Dohyun Moon, Sun Hee Choi, Cafer T. Yavuz*(교신저자)

• 논   문   명 : Dry reforming of methane by stable Ni-Mo nanocatalysts on single-crystalline MgO

• 게재학술지 : Science 367(6479), 777-781 (2020.02)

• 우   수   성 :
  ▶ IF : 63.832 (보정IF : 2.953, 보정ES : 1.89692)
  ▶ FWCI : 13.42 (from Scopus)
  ▶ 인용횟수 : WoS=226, Google Scholar=290
  ▶ “국내외 언론 보도”

본 연구는 유기 플래시 메모리를 3진 인버터 소자에 적용하고 이를 수직집적형태로 제작하여, 고집적 다진법 소자를 개발한 연구이다. 최근 전자기기가 소형화됨으로 인해 소자의 downscailing 이 중요해져가고 있지만, 수나노 수준 이하의 소형화는 어려움을 겪고 있다. 따라서, 집적도를 높이기 위한 방안으로 P,N 타입 반도체의 헤테로정션을 이용해 3진 인버터를 개발하는 다수의 연구가 진행되고 있다. 하지만 선행된 연구들의 경우 헤테로정션 트랜지스터와 pull-down 소자의 전류값 균형이 좋지 않아 중간논리 구간이 짧고 출력값이 이상값과 매우 다른 문제가 있었다. 본 연구에서는 이 문제를 해결하기 위해 전도도를 조절할 수 있는 플래시 메모리를 도입하여 전류 불균형 문제를 해결하고 3진 인버터의 중간논리 구간을 조절할 수 있는 소자를 개발하였다. 또한, 소자의 집적도를 더욱 높이기 수직 적층 된 형태로 3진 소자를 개발하였다. 1층에 플래시 메모리를 제작하고 위층 소자와의 절연을 위해 두꺼운 절연층을 도입한 뒤에 HTR 소자를 2층에 제작하였으며 프로그래밍을 통해 3진 소자의 중간 출력 값을 조절하였다. 플래시 메모리의 전류값이 변화함에 따라 3진 인버터의 중간값이 이상 값에 가까운 VDD/2 에 도달하는 것을 확인할 수 있었다. 임성갑 교수가 교신저자로 참여한 본 연구는 해외 논문 ‘Nature Communications’ 에 2022년 4월호에 게재되었다. 본 연구 결과는 향후 3진법 소자의 개발을 위한 플랫폼에 구성에 도움이 될 것으로 기대된다.

<그림↓> Ni-Mo nanocatalysts on single-crystalline MgO for dry reforming of CH4

• 논 문 저 자 : Michael J. Lee, Junghun Han, Kyungbin Lee, Young Jun Lee, Byoung Gak Kim, Kyu-Nam Jung, Bumjoon J. Kim*(교신저자), Seung Woo Lee*

• 논   문   명 : Elastomeric Electrolytes for High-Energy Solid-State Lithium Batteries

• 게재학술지 : Nature, 601, 217-222 (2022.01)

• 우   수   성 :
  ▶ IF : 69.504 (보정IF : 3.215, 보정ES : 2.35377)
  ▶ FWCI : 47.83 (from Scopus)
  ▶ 인용횟수 : WoS=95, Google Scholar=114
  ▶ 2022년 한국과학기술총연합회에서 선정한
      “올해의 10대 과학기술 뉴스”
  ▶ 국내외 언론 보도 :
        한국경제, 매일경제, 연합뉴스 외 다수 보도

본 연구는 매우 높은 이온 전도성과 높은 기계적 내구성을 모두 확보한 PCEE (plastic crystal-embedded elastomer)라는 새로운 기념의 고분자 기반 고체 전해질에 대한 것이다. 전고체 리튬금속 전지(all-solid-state Li-metal battery)는 이차전지에 사용되는 휘발성이 높은 액체 전해질을 고체로 대체한 것으로, 높은 안정성뿐 아니라 원료가 매우 싸고, 저온 대량생산 공정, 가벼움의 장점을 갖고 있다. 다만, 상온에서 낮은 이온전도도를 가지는 문제점이 있으며, 전지 충‧방전 시 안정성이 떨어진다. 이번 연구를 통해 신축성이 탁월한 엘라스토머 내부에 리튬 이온전도도가 매우 높은 플라스틱 결정 물질을 3차원적으로 연결한 엘라스토머 고분자 고체 전해질을 개발하였다. 새롭게 개발한 고체 전해질은 기존의 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 기반의 고분자 전해질에 비해 100배 정도 향상된 10-3 S/cm의 이온전도도를 가지며, 고무처럼 신축성이 우수하여 전지 충‧방전 시 안정성에 가장 큰 문제가 되는 리튬 덴드라이트(dendrite)의 성장을 억제하는 결과를 나타내었다. 또한, 개발된 고분자 전해질은 얇은 리튬금속 음극과 니켈 리치 양극(NCM-Ni83)으로 구성된 전고체전지에서 4.5V 이상의 고전압에서도 안정적인 구동을 보였으며, 410Wh/kg 이상의 세계 최고의 에너지밀도를 보였다. 김범준 교수가 교신저자로 참여한 본 연구는 국제 학술지 ‘Nature’에 2022년 1월 출판되었다.

<그림↓> 엘라스토머 기반 고체 전해질 모식도 및 개발된 전고체전지 성능 비교 그래프