혁신융합형 물리인재 교육연구단

“숨쉬는 결정” 진형진 교수 연구팀, 차세대 산화물 신소재 개발

연료전지·스마트 창문·열 소자 등 청정 에너지 산업에 ‘게임체인저’ 기대

한국과 일본의 과학자들로 구성된 공동 연구팀이 상대적으로 낮은 온도에서 산소를 흡수하고 방출할 수 있는 새로운 산화물 결정을 개발하는 데 성공했다. 이 결정은 낮은 온도에서 산소를 주고받으면서도 구조적 안정성을 유지하기 때문에 에너지 효율을 극대화할 수 있어 차세대 연료전지, 스마트 창문, 전자기기 등에 획기적인 전환점을 가져올 것으로 기대된다.

연구팀은 스트론튬(Sr), 철(Fe), 코발트(Co)를 조합해 만든 금속 산화물이 단순한 가스 환경에서도 반복적으로 산소를 흡수·방출할 수 있고, 이 과정에서도 재료가 분해되지 않으며 안정적인 구조를 유지한다는 사실을 입증했다.

이번 연구를 주도한 진형진 교수(물리학과)는 “이 결정은 마치 폐처럼 작동하여, 필요에 따라 산소를 들이쉬고 내뱉는 독특한 기능을 갖는다”며 “이러한 산소 제어 능력은 고체 산화물 연료전지(SOFC) 등에서의 응용 가능성이 매우 크다”고 설명했다. 이 재료는 특히 기존 SOFC가 작동하는 극한 조건(예: 800도 이상) 대신, 상대적으로 온화한 환경에서도 산소를 안정적으로 조절할 수 있다는 점에서 큰 주목을 받고 있다. 또한, 기존의 문제였던 재료의 취약성과 비가역성도 극복했다.

또한 연구팀은 산소가 다시 결정에 주입될 때, 결정 구조가 원래 형태로 완전히 되돌아오는 가역성을 실험을 통해 증명했다. 공동 저자인 Hiromichi Ohta 교수(일본 홋카이도대 전자과학연구소)는 “이 소재는 실시간으로 스스로 구조와 산소량을 조절하는 ‘스마트 재료’ 개발의 핵심 요소가 될 것”이라며 “청정 에너지는 물론, 전자기기, 환경 친화 건축 소재 등 다양한 분야에서 응용 가능성이 열려 있다”고 덧붙였다. 이번 연구 성과는 향후 탄소 중립을 위한 신재생 에너지 기술에 실질적인 기여를 할 수 있는 기반 기술로 평가받고 있으며, 관련 산업계와 학계의 높은 관심이 예상된다.

이번 결과는 부산대 물리학과 출신 연구자들이 많은 기여를 하였다. 제1저자로 이준혁 박사 (현. 화학연구원), 공저자로 서유성 박사 (현. 성균관대 물리학과), 류상균 박사 (현. 부산대 BK21+ 미리기반 창의적 물리인재 양성사업단), 김고운 박사 (현. 삼성전기), 정혜윤 석사과정생 (부산대 물리학과)로 들 수 있다. 또한, 다양한 형태로 협업이 이루진 결과물로 부산대 물리교육학과 조진형 명예교수, 가천대 윤상문 교수 연구팀, 포항가속기연구소 김영학 박사, 일본 홋카이도대의 Hiromichi Ohta 교수가 공저자로 참여하였다. 본 연구결과는 2024년 부산대 물리학과-홋카이도대 전자과학연구소와의 MOU 협약 이후 나온 주요 연구결과물로 향후 두 기관의 협력이 기대된다.

본 결과는 진형진 교수가 교신 저자로 역할 수행을 했으며, “Selective reduction in epitaxial SrFe0.5Co0.5O2.5 and its reversibility” 논문명으로 국제학술지인 Nature Communications 지에 8월 15일에 게재되었다.

논문링크: https://www.nature.com/articles/s41467-025-62612-1

해당 연구는 과학기술정보통신부의 한국연구재단의 중견연구자사업, 교육부 의 한국기초과학지원연구원 국가연구시설진흥센터의 인프라 고도화 사업, 한국연구재단의 한일협력연구의 지원을 받았다.

사진 설명. (왼쪽 위부터 시계방향으로) 진형진 교수 (물리학과), 조진형 명예교수 (물리교육학과), 이준혁 박사 (물리학과 박사, 현. 한국화학연구원), 서유성 박사 (물리학과 박사, 현. 성균관대), 류상균 박사 (물리학과 박사, 현. 4단계BK21 혁신융합형 물리인재 교육연구단), 정혜윤 석사과정생 (물리학과 석사과정), 김고운 박사 (물리학과 석사, 현. 삼성전기), Hiromichi Ohta 교수 (일본 홋카이도대)