전고체 이차전지는 전지를 이루는 물질이 모두 고체로 형성되어 높은 안정성 및 에너지 밀도를 가지는 차세대 전지로 각광받고 있다. 반면, 모양이 쉽게 변하지 않는 고체 특성상 반응을 일으키는 전극층과 고체 전해질 층 간의 닿는 계면이 좁거나 충방전 동안 좁아져 충방전 효율 및 에너지 밀도를 낮추게 된다. 긴밀한 계면형성으로 대용량 전고체 이차전지의 기능을 구현하기 위해 전극층들과 고체 전해질층을 적층한 후 등수압 프레스 장비로 압력을 가하는 방식이 제안되었으나 전고체 이차 전지는 대량 생산에 적합하지 않는 등의 단점이 존재한다.

도 1 리튬 이온 이차전지 및 전고체 이차전지 비교

삼성전자는 본 발명을 통하여 전극층과 고체 전해질 층의 계면형성을 높이는 황화물계 고체 접합층을 도입하고자 한다. 접합층은 고체 전해질 층보다 낮은 영률을 가져 대량 생산에 사용하는 롤 프레스 또는 핫 프레스 장비를 이용하여 전고체 이차전지를 제작할 때 전극층과 고체 전해질 층 사이에서 긴밀한 계면을 형성하게 한다.

자세한 전고체 이차전지의 도면은 도 2와 같다. 전고체 이차전지는 음극층(20); 양극층(10); 및 전극층 사이에 배치된 고체 전해질층(4)로 구성된다. 각 전극층은 전류를 모으는 집전체(음음극 집전체(6) 및 양극 집전체(1))와 전극 반응에 사용되는 활물질층(음극 활물질층(5) 및 양극 활물질층(2))으로 구성된다. 본 구현예에서는 양극층의 양극 활물질층(2)과 고체 전해질층(4) 사이에 고체 전해질층(4)보다 5 GPa 이상 낮은 영률을 갖는 황화물계 전해질을 포함하는 제1 접합층 (3)을 배치하였다.

접합층에 사용되는 황화물계 전해질은 LiaMbPScAd(0<a≤6, 0≤b≤6, 0<c<6, 0≤d≤6, M은 Ge, Sn, 또는 Si, A는 1종 이상의 할로겐 원소이다.)의 화학식을 가지며 상온에서 액체 전해질의 이온 전도도인 10-2 S/cm 내지 10-3 S/cm 범위에 근접한 높은 이온 전도도를 가지고 있어 이온 전도도의 감소를 유발하지 않으면서 상기 양극층(10)과 고체 전해질층(4) 간에 긴밀한 계면이 형성되도록 한다.

도 2 일 구현예에 따른 전고체 이차전지 구조의 모식도

고체 접합층을 포함하는 실시예 1의 제조방법은 다음과 같다. 아르곤 가스 분위기 하에서 Li5.75PS4.75Cl1.25 황화물 고체 전해질을 고에너지 볼밀을 통해 분쇄한 후 무수 에탄올에 녹여 혼합액을 얻는다. 혼합액을 다시 건조 후 분쇄하여 평균 입경 0.5 ㎛의 균질한 양극층 형성용 전해질 분말을 얻는다. 같은 방법으로 해당 화합물을 평균 입경 3 ㎛를 얻어 고체 전해질층 형성용 분말을, Li5.5PS4.5Br0.75Cl0.75 황화물 고체 전해질을 평균 입경 3 ㎛로 분쇄하여 제1 접합층 형성용 분말을 준비한다.

양극층은 양극 활물질인 LiNi0.9Co0.07Mn0.03O2 및 양극층 형성용 황화물 고체 전해질 분말 등을 시트 형태로 성형 후 압착하여 형성하며, 고체 전해질층은 고체 전해질층용 황화물 분말 및 폴리아크릴계 바인더를 혼합하여 제조한다. 음극층은 Ni 호일의 음극 집전체와 은 및 카본블랙 분말을 혼합한 음극 활물질 등을 교반한 후, 건조하여 제작한다.

각 형성된 전극 층, 고체 전해질층, 제1 접합층은 490 MPa 압력의 롤 프레스를 통해 접합하여 실시예 1의 전고체 이차전지를 형성한다. 비교예 1에는 해당 이차전지에서 제1 접합층을 제외하여 롤 프레스된 전고체 이차전지가 사용된다.

먼저 실시예 1 및 비교예 1에 따른 전고체 이차전지에 대하여 초기 임피던스를 평가하였다. 25℃, 106 Hz 내지 0.1 MHz 주파수 범위에서 10 mV의 전압 바이어스를 주고 측정한 임피던스의 나이퀴스트 플롯에서 기울기가 가파를수록 저항이 작음을 의미한다. 도 3의 실시예 1 및 비교예 1의 나이퀴스트 플롯에서 실시예 1의 기울기가 더 가파름으로 계면의 벌크 저항이 감소한 것을 확인할 수 있다.

도 3 실시예 1 및 비교예 1 전고체 이차전지의 임피던스 측정 결과

도 4 및 도 5는 실시예 1 및 비교예 1의 충방전 특성을 나타낸다. 도 4의 율 특성은 1.0C의 속도로 방전시 용량 대비 0.33C의 속도로 방전시 용량을 뜻하며 높을수록 충방전 속도에 상관없이 높은 충방전 용량을 나타냄을 뜻한다. 측정된 실시예 1의 율 특성은 94%인 반면, 비교예 1은 85%로 접합층의 도입이 율 특성을 향상시킴을 확인할 수 있다.

도 4 실시예 1 및 비교예 1 전고체 이차전지의 60℃에서 0.1C의 속도(C-rate)로 충전 및 0.2C, 0.33C, 및 1.0C의 속도로 각각 방전할 때(2.5V~4.25V의 전압범위) 율 특성을 평가한 결과

충방전 사이클에 따른 충방전 용량의 변화는 도 5와 같다. 70회의 사이클동안 줄어든 방전용량의 변화량을 수명 특성(용량 유지율)으로 정의하고 비교하였다. 실시예 1의 수명 특성은 99.1%인 반면, 비교예 1의 수명 특성은 56.0%였다. 즉, 접합층의 도입이 전고체 이차전지의 수명 특성을 크게 향상시킴을 확인할 수 있다.

도 5 실시예 1 및 비교예 1에 따른 전고체 이차전지를 60℃에서 0.5C의 속도(C-rate)로 충전 및 방전할 때 (2.5V~4.25V의 전압범위) 수명 특성을 평가한 결과

한국을 비롯하여 세계 각국에서 이차전지 산업의 영향력을 높이고자 차세대 이차전지 개발이 한창이다. 정부에서는 2027년을 목표로 전고체 배터리 상용화를 목표로 하였으며 최근 현대자동차, SK, LG 등으로부터 투자를 유치하는데 성공한 미국 개발사 솔리드에너지시스템(SES)은 2025년에 리튬메탈 배터리 상용화를 목표로 할 것을 밝혔다. 관련된 기술들의 개발이 더욱 경쟁이 높아질 것으로 기대된다.



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일반적으로 전자제품 외장 케이스의 부식을 막기 위해 크롬 또는 기타 금속 박막을 형성시키는 물리 기상 증착법은 증착 조건의 물리적 특성상, 증착되는 박막 내에 주상정 조직이 형성될 수 있다. 이 경우, 주상정 조직 내의 입계를 따라 부식액의 침투가 가능하여 부식이 가속될 수 있다. 즉, 주상정 조직 내의 입계가 박막의 부식을 가속시키는 경로로 사용되어 증착시킨 박막의 강도를 낮추고 금방 벗겨지는 문제점을 일으킨다. 또한 금속 박막은 그 자체로 전기가 통하여 통신용 전자기기의 전자파를 차단하여 통신 효율을 저해할 수 있다.

도 1 비정질 및 나노질화물 복합박막 코팅된 통신기기 외각 프레임

삼성전자에서는 본 발명을 통하여 높은 표면 경도와 내부식성이 우수하고 전자파를 투과시키는 비정질 및 나노질화물 복합박막, 그 형성 방법 및 그 복합박막이 형성된 전자기기를 제공하고자 한다.

도 1은 나노질화물 복합박막을 형성하는 반응성 스퍼터링 공정을 수행하는 스퍼터링 장치의 개략도를 나타내는 도면이다. 스퍼터링 공정은 진공펌프(50)가 작동하는 챔버내에서 전원공급장치(60)에 의해 전원을 공급 받는 건(gun, 40)에 의해 음의 전압이 인가된 타겟(30)에 Ar 등을 고속으로 충돌시키고, 이때 결정질 합금타겟(30)으로부터 이탈되는 원자를 피처리체 홀더(10)상의 피처리체(20)에 공급함으로써 피처리체(20)의 표면에 박막을 형성하는 기술을 말한다.

해당 발명의 실시예에서 결정질 합금타겟은 Zr계 합금타겟으로 Zr-Al-X(X는 Cu 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함)로 이루어지는 결정질 합금 또는 Zr-Al-X-Y(Y는 Cr, Mo, Si, Nb, Co, Sn, In, Bi, Zn, V, Hf, Ag, Ti 및 Fe 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소)로 이루어지는 결정질 합금이다. 특히 스퍼터링 가스로 비활성 기체인 Ar를 사용하는 비반응성 스퍼터링과 달리 해당 실시예와 같은 반응성 가스인 질소가스(N2)를 추가로 사용할 경우, 합금 내에서 질소와 반응성이 높은 Zr과 질소가 반응하여 10nm 내지 500nm 크기의 나노결정질 ZrN을 추가로 형성할 수 있다. 따라서 반응성 스퍼터링 공정을 통해 형성되는 비정질 및 나노질화물의 복합박막은 스퍼터링된 합금의 비정질 금속상과 ZrN 나노결정상이 혼합된 형태를 띈다.

도 2 실시예에 따른 비정질 및 나노질화물 복합박막 형성공정을 수행하기 위한 스퍼터링 장치의 개략도

증착된 박막의 ZrN 결정질상의 부피분율은 스퍼터링 가스의 N2/Ar 분율을 조절하여 제어할 수 있다. 해당 ZrN 결정질상의 부피분율에 다른 전자파 감쇠율과 경도는 도 3과 간다. Ar만 피드하여 비반응성 스퍼터링을 통해 비정질 합금박막을 만든 0% ZrN의 경우 일반금속 박막과 유사한 성질을 가지게 되어 전자파 감쇠율이 –27.94 dB인 반면, ZrN 결정질상의 부피비가 30% 이상일 경우 전자파 감쇠율이 –1.54 dB로 급격히 감쇠하여 100%에 접근할수록 증착된 박막은 세라믹에 가까운 성질을 가지며 전자파 감쇠율이 0 dB에 근접하게 된다.

증착된 박막의 경도 또한 ZrN 결정질상이 존재하는 경우 더 높은 강도를 나타내며 부피분율이 35%인 복합박막 A에서 가장 높은 경도를 보이며 그 이후 낮아저 복합박막 B(62.5%)에서는 약간 낮아진 경도를 보였다.

도 3 실시예에 따른 비정질 및 나노질화물 복합박막의 ZrN 결정상의 부피분율 및 전자파 감쇠율, 경도와의 관계

도 4는 각 박막의 전자파 주파수에 따른 감쇠율을 나타낸다. Cr을 증착하여 형성시킨 1㎛ 두께의 박막과 비반응성 스퍼터링으로 증착한 비정질 박막은 주파수 1GHz을 포함하여 상당히 넓은 대역폭에서 휴대용 단말기의 전자파 감쇠율이 각각 –80 dB, -30 dB이다. 반면, 1㎛ 두께로 형성된 비정질 및 나노질화물의 복합박막 A 및 B는 주파수 1GHz을 포함하여 상당히 넓은 대역폭에서 휴대용 단말기의 전자파 감쇠율이 0dB에 근접함을 알 수 있다.

도 4 각 박막의 전자파 주파수에 따른 감쇠율. 좌측 상단: Cr 박막, 우측 상단: 비정질 박막, 좌측 하단: 복합박막 A(ZrN 35%), 우측 하단: 복합박막 B(ZrN 62.5%)

해당 발명에서 사용되는 비정질 및 나노질화물 복합박막은 높은 경도, 내부식성 및 낮은 전자파 감쇠율로 통신기기 코팅으로 높은 성능을 나타냄을 알 수 있다. 또한 나노질화물 박막 코팅은 자동차 부품에 사용되어 고경도, 저마찰 외장을 통해 4~7%의 연비향상을 이룰 수 있다. 따라서, 이러한 금속 나노질화물 박막은 통신기기 외장케이스 뿐만아니라 다른 분야에도 충분히 활용가능할 것으로 기대된다.



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리튬 이온 전지는 전기 자동차, 휴대폰 및 카메라에 전원을 공급하는 것과 같은 필수적인 응용 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 광범위한 기술 분야에서 이러한 전지의 적용이 증가함에 따라, 이들 물질의 제조로부터 의 폐기물로서 생성된, 또는 사용한 리튬화된 전지로부터의 가치 있는 성분, 예를 들어 니켈 및 리튬을 비용 및 시간 효율적으로 추출할 필요성이 높아졌다.

도 1 재활용되지 않고 버려지는 리튬 배터리

바스프는 본 발명을 통해 니켈 및 리튬을 추출하는데 있어 기존의 높은 비용 및 폐기물 양을 만드는 산 침출 방법을 대체하여 효율적이고 높은 추출량을 얻을 수 있는 방식을 제공한다. 해당 방식은 일정량의 리튬 및 일정량의 니켈을 포함하는 Ni2+ /Li+ 용액을 제공하는 단계 , 상기 Ni2+ /Li+ 용액을 알칼리제로 처리하여 상기 Ni2+ /Li+ 용액의 pH를 약 1.0 내지 약 10.0으로 조절하는 단계, 해당 용액을 니켈 선택적 추출제로 처리하는 단계, 그리고 남은 Li+ 용액을 탄산화제(carbonation agent) 또는 리튬 선택적 추출제로 처리하여 리튬염을 제조하는 단계로 구성된다.

도 2는 추출(E), 세척(W) 및 스트리핑(stripping)(S)의 다양한 단계와 함께 복수의 추출 단계 및 복수의 스트리핑 단계로 구성된 니켈 추출 단계의 흐름도를 나타낸다. 먼저 니켈 및 리튬을 포함한 전지 폐기물은 탱크 1에서 공급된다. 공급된 폐기물은 혼합 침강기로 구성된 추출 단계 E1으로 공급되고, 반대 방향으로 직렬로 이동하는 니켈 선택적 추출제와 조합된다. 따라서, 상기 폐기물은 먼저 단계 E1에서 상기 니켈 선택적 추출제와 접촉하고 E1에서 E5로 이동하며, Ni 선택적 추출제는 E5에서 추출 단계로 먼저 진입한 후, E5에서 E1로 이동한다. 단계 E1에서의 반응 후, 반대 방향으로 이동하는 유기상에서 Ni가 계속적으로 고갈되고 농축되도록, Ni-고갈된 수성상은 E2로 이동한 후 E3, E4 및 E5로 이동한다. 이어서, Ni 풍부 유기상은 세척 단계(W)에서 스크러빙(scrub)되고 스트리핑 단계 S2 및 S1로 이동되고 산을 포함하는 스트리핑 용액에 적용되어 Ni 선택적 추출제로부터 Ni를 떼어내 Ni 염을 제조하는데 이용된다. 추출 단계의 결과로서 수득된 니켈 부족 물질(Li+ 용액)은 Li의 후속 회수를 위한 보유 탱크(holding tank)(탱크 2)로 이동되거나, 또는 Li 추출 공정으로 직접 이동된다.

도 2 니켈 추출 흐름도

리튬 추출 공정에서 탄산화제를 이용하는 개략도는 도 3과 같다. 탄산화제를 이용할 경우 리튬 이온은 탄산리튬의 형태로 직접 침전하게 된다. 이 때, 탄산화제는 이산화탄소와 암모니아, 이산화탄소, 탄산나트륨, 탄산암모늄 또는 이들의 조합으로 구성된다. 침전된 여과 및 세척되어 깨끗한 탄산리튬의 형태로 리튬화된 양극 전기화학적 활물질의 제조에 사용된다. 나머지 상청액은 나노여과를 거쳐, 이전 Ni 스트리핑 단계로부터 남은 잔류 황산염을 분리하고, Ni 분리 공정에서의 후속 스트리핑에서 계속적으로 사용될 수 있는 정제수로 회수된다.

도 3 탄산화제를 이용한 리튬 추출 개략도

리튬 선택적 추출제를 사용하는 추출공정은 도 4와 같다. 이 경우 리튬 추출 공정에 도입 전에 이온 교환을 거치며, 리튬 선택적 추출제 및 추출제의 적절한 활성을 위해 pH를 조절하는 알칼리제가 투입되어 유기상의 형태로 리튬을 추출한다. 추출된 리튬 용액은 니켈과 마찬가지로 세척 및 스트리핑 단계를 거쳐 리튬염으로 재회수된다.

도 4 리튬 선택적 추출제를 이용한 리튬 추출 개략도

발전하는 이차전지 산업에 더불어 배터리 재활용 기술 또한 주목받는 기술 중 하나이다. 특히 한국의 경우에는 해당 기술의 중요성이 대두되는 이유로 이차전지의 소재 부품의 비용은 전체 70%를 차지하는 반면 원재료의 대부분은 해외로부터 수입하는 것이라는 점이 있다. 따라서 해당 발명과 같은 배터리 재활용 기술 또한 한국에서 활발하게 발전될 것으로 기대된다.



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최근 휴대용 전자기기, 전기자동차 및 대용량 전력저장 시스템 등이 발전함에 따라 대용량 전지의 필요성이 대두되고 있다. 리튬-황 전지는 S-S 결합(Sulfur-sulfur bond)을 갖는 황 계열 물질을 양극 활물질로 사용하고, 리튬 금속을 음극 활물질로 사용하는 이차전지로, 양극 활물질의 주재료인 황은 자원이 매우 풍부하고, 독성이 없으며, 낮은 원자당 무게를 가지고 있는 장점이 있다. 또한 리튬-황 전지의 에너지 밀도는 기존의 리튬 이온전지에 비해 매우 높은 특성을 가지고 있다. 반면 황은 부도체이기 때문에 원활한 전기화학 반응을 일으키기 위해 다양한 방식들이 시도되고 있다.

도 1 차세대 리튬-황 배터리

LG화학에서는 본 발명을 통해 리튬-황 전지의 전자 이동을 보완하는 황-탄소 복합체를 합성하고 탄소계 물질의 표면에 황을 얇고 균일하게 코팅하여 재현성 높고 우수한 활성을 나타내는 양극물질을 제시하였다. 해당 방법은 (a) 탄소계 물질을 황 또는 황 화합물과 혼합하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 혼합된 황-탄소 혼합물과 120 내지 200 ℃의 온도에서 기화가 가능한 액체를 밀봉 용기에 넣어주는 단계, (c) 상기 밀봉 용기를 120 내지 200 ℃의 온도로 가열하는 단계로 구성된다.

상세한 각 단계는 다음과 같다. (a) 탄소계 물질로는 직경 1 내지 50nm에 해당하는 비표면적이 높은 탄소나노튜브, 리튬 이온을 가역적으로 흡장 방출할 수 있는 평균 1 내지 5 μ m의 입경을 가진 인조 흑연 및 천연 흑연, 평균 입경이 0.01 내지 0.5 ㎛인 카본블랙 중 1종 또는 2종 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 황 또는 황화합물로는 무기 황 또는 원소 황(elemental sulfur, S8)이 사용되어 탄소 대 황의 비율이 1:1 내지 1:9 중량비로 혼합된다.

(b) 단계에서 사용되는 기화 가능 액체는 2-메틸테트라하이드로퓨란, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등에서 1종 이상이 사용되어 황-탄소 혼합물의 10에서 300 중량%로 넣어준다. (c) 단계에서 가열시간은 20분 내지 1시간으로 황성분을 용융시켜서 탄소계 물질에 고루 코팅될 수 있게 한다.

해당 발명에 대한 실시예 및 비교예는 다음과 같다. 실시예 1: 황-탄소 복합체의 제조는 탄소나노튜브 3.5 g을 황(S8) 1.5 g과 혼합하여 밀봉용기에 넣고, 여기에 에탄올(100%) 3g을 함께 첨가하여 밀봉용기를 오븐에 넣은 후, 155℃에서 30분간 가열하는 과정으로 이루어진다. 실시예 1의 황-탄소 복합체의 주사전자현미경(SEM) 촬영 결과는 도 2와 같다.

도 2 실시예 1에서 제조된 황-탄소 복합체의 구조

실시예 2의 황 탄소 복합체는 다음과 같은 방식으로 합성되며 SEM 관찰 결과는 도 3과 닽다. 탄소나노튜브 3.5 g을 황(S8) 1.5 g과 혼합하여 밀봉용기에 넣고, 여기에 2-methyl tetrahydrofuran 3g을 함께 첨가하였다. 상기 밀봉용기를 오븐에 넣은 후, 155℃에서 30분간 가열하여 황-탄소 복합체를 제조하였다. 두 실시예 모두에서 탄소 복합체 표면에 균일하게 황이 도포된 것을 확인할 수 있다. 특히 S의 용해도가 높은 2-methyl tetrahydrofuran을 사용하는 경우 S/C 복합체의 형상이 달라지는 점도 확인된다.

도 3 실시예 2에서 제조된 황-탄소 복합체의 구조

실시예 5에서는 실시예 1에 따라 제조한 황-탄소 복합체 88.0 중량%, 도전재 5.0 중량%, 및 바인더 7.0 중량%를 증류수와 혼합하여 활물질층 형성용 조성물을 만들고 해당 조성물을 알루미늄 집전체 상에 6 mg/cm 2로 코팅하여 제조한 양극과 함께 분리막으로 폴리에틸렌을 사용하고, 음극으로 150㎛ 두께를 갖는 리튬 호일을 사용하여 리튬-황 전지 코인셀을 제조하였다. 이 때, 상기 코인셀은 디에틸렌글리콜 디메틸에테르와 1,3-디옥솔란(DECDME:DOL = 6:4(부피비)로 이루어진 유기용매에 1M의 LiFSI와 1 중량%의 LiNO3를 용해시켜 제조한 전해액을 사용하였다. 비교예 3에서 사용되는 황-탄소 복합체는 실시예 1에서 에탄올을 첨가하지 않고 합성한 복합체를 이용하여 실시예 5와 동일한 방법으로 코인셀을 제조하였다. 각 코인셀의 충방전 측정 장치를 이용하여 측정한 1.8 내지 2.5 V까지의 초기용량 측정결과는 도 4와 같다. 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 5의 리튬-황 전지는 비교예 3의 리튬-황 전지와 비교하여 초기용량이 우수한 것으로 확인되었다.

도 4 실시예 5 및 비교예 3에서 제조된 리튬-황 전지의 초기 용량 테스트 결과

리튬 이차전지를 비롯한 배터리 산업은 반도체 산업을 뒤잇는 대한민국의 핵심 성장돌력으로 선정되어 각 기업 및 정부에섣 강력한 지원이 뒷받침되고 있다. 이달 8일 정부에서 발표된 이차전지 산업 발전 전략에 따르면 전고체 배터리는 2027년, 리튬-황 배터리는 2025년, 리튬금속배터리는 2028년에 상용화 할것으로 목표로 하고 있다. 관련된 이차전지 기술 또한 빠르게 발전될 것으로 기대된다.



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최근 지구 온난화로 인한 온실가스 감축 노력이 광범위하게 진행되고 있으며, 그 노력 중의 하나로 자연에서 분해되는 생분해성 폴리머 소재의 개발이 주목받고 있다. 대표적인 생분해성 폴리머인 폴리유산(polylactic acid, PLA)의 경우 융점이 낮고 투명성이 좋지 않아 포장재로의 활용이 제한적이다. 이러한 폴리유산의 열안정성을 향상시키고자 스테레오 블록 폴리유산(sb-PLA)이나 스테레오 컴플렉스 폴리유산(sc-PLA)을 제조할 경우에는 투명성이 더욱 저하되어 투명성이 요구되는 포장재로의 적용이 어렵다.

도 1 생분해성 포장재

롯데케미칼에서는 본 발명을 통해 고융점을 가지면서도 투명성이 향상된 스테레오 블록 폴리유산을 구현할 수 있는 제조방법을 제공하고자 한다. 해당 방식은 L-락트산이나 L-락티드, 또는 D-락트산이나 D-락티드를 중합 반응시켜 폴리-L-유산(poly(L-lactic acid), PLLA) 또는 폴리-D-유산(poly(D-lactic acid), PDLA)을 제조하는 제1 단계, D-락트산이나 D-락티드, 또는 L-락트산이나 L-락티드를 상기 제1 단계에서 제조된 PLLA 또는 PDLA와 함께 중합하는 제2 단계로 구성된다. 해당 방식에서 구현되는 스테레오 블록 폴리유산은 200℃ 이상의 단일의 융점(Tm)을 가지고, 결정화 온도(Tcc)에서 결정화 후 헤이즈(ASTM D1003, 두께 0.5 mm 시편 기준)가 5% 이하인 성질을 보유하며 해당 성질을 구현하기 위해 가장 중요한 부분은 제 1단계에서 합성되는 잔류 모노머 함량이 8 중량% 이하가 되도록 유지하는 것이다.

각각 실시예와 비교예를 구성하기 앞서 제1 단계에 해당하는 블록을 제조하는 방식은 다음과 같다. 단량체로는 L-락티드(산가 1 meq/kg) 및 D-락티드(산가 2 meq/kg)를, 촉매로는 Tin octoate(Tin(Ⅱ) 2-ethylhexanoate, Sigma-Aldrich사) 및 개시제(Initiator)로는 1-octanol(Sigma-Aldrich사)을 반응기에 투입하고, 반응 온도 180 내지 200℃ 범위에서 반응 시간 및 압력을 조절하여 하기 표 1에 기재된 종류, 분자량 특성, 잔류 모노머 함량 및 융점(Tm)을 갖는 폴리유산(PLA)을 제조하였다.

표 1 제조예에 따라 합성된 폴리유산 블록 수평균 분자량(Mn), 중량평균 분자량(Mw), 분자량 분포(MWD), 잔류 모노머 함량, 및 융점(Tm)

1H-NMR을 통해 분석한 잔류 모노머 비율은 제조예 1, 2, 3의 경우 바람직한 촉매, 온도, 반응 시간 조건에 따라 3 내지 6 중량% 수준으로 조절된 낮은 비율을 보였으며 반면 제조예 4는 비교적 높은 비율로 합성되었다. 제1 단계에서 합성된 폴리유산 블록을 이용해 제2 단계의 스테레오 블록 폴리유산 실시예 및 비교예를 제작하는 방식은 다음과 같다. 하기 표 2에 기재된 조성으로, 24시간 이상 40℃에서 진공 건조한 L-락티드(산가 13 meq/kg) 및 D-락티드(산가 4 meq/kg)와 상기 제조예에 따라 제조된 폴리유산을 각각 준비하였다. 반응기에 필요한 락티드와 폴리유산을 함께 투입하고, 반응기 내부를 질소로 치환해 준 후 상기 제조예에서 사용된 촉매와 개시제를 넣고 110℃로 교반하면서 가열하였고, 170℃로 승온한 후 sb-PLA를 중합하였다. 이후, 180℃로 반응온도를 승온시키고 내부 상태를 관찰하면서 최대 230℃까지 반응온도를 서서히 승온시켜 최종 sb-PLA를 제조하였다.

표 2 실시예와 비교예의 사용한 폴리유산 블록 및 락티드 비율

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 sb-PLA의 열적 특성 및 투명성을 평가하기 위해 시차주사열량계(differential scanning calorimetry, DSC) 분석, 및 헤이즈(Haze, 투명도)를 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 실시예 2에 대한 DSC 측정결과는 도 2와 같다. 표 3을 참조하면, 본 발명에 따라 폴리유산 제조 시 잔류 모노머 함량이 3 내지 6 중량% 수준으로 조절된 폴리 유산을 사용하고(제조예 1, 2, 3), 스테레오 블록 폴리유산 제조 시 폴리유산 중량을 락티드 중량보다 작게 하여 중합할 경우 200℃ 이상에서 단일의 융점(Tm)이 관찰되어 스테레오 콤플렉스(stereocomplex) 형성률이 100%인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 헤이즈가 5% 미만으로 투명도가 우수하며, 결정화(DSC 결정화온도 조건) 후 평균 헤이즈 변화가 1%p 미만으로서 우수한 투명성을 보이는 것을 확인할 수 있었고, 이는 상용 PLA 제품(Ingeo 4032D) 대비 약 5배 낮은 수준으로 월등히 향상된 결과이다.

도 2 실시예 2의 DSC Second run 측정결과. 유리전이온도(Tg)는 43.92℃, 결정화온도(Tcc)는 121.04℃, 융점(Tm)은 208.49℃로 나타난다.

표 3 실시예와 비교예 그리고 상용의 PLA 제품(Ingeo 4032D)의 유리전이온도(Tg), 결정화온도(Tcc), 융점(Tm), 및 Haze

기업들의 ESG(환경·사회·지배구조) 경영의 강화에 따라 기존에 사용하던 플라스틱 제품들을 제거하거나 생분해성으로 대체하는 노력이 활발해지고 있다. 따라서 본 발명과 같은 생분해성 플라스틱의 활용도를 넓히는 사례는 ESG 경영의 도입에 박차를 가할 것으로 기대된다.



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자동차에서, 모바일 사용을 위한 연료 전지 및 배터리는 약 -40℃ 에 이르기까지의 낮은 외부 온도 그리고, 배터리의 신속한 충전 동안 100℃ 초과에 이르기까지의 온도가 달성되므로 높은 내부 온도에 견디기 위해 냉각제 회로가 필수불가결하다. 기존의 내연 기관에 사용되는 글리세롤 및 모노알킬렌 글리콜은 높은 전기 전도율로 인해 연료 전지 및 배터리 기능을 저해하고 합선의 위험을 야기한다. 또한 배터리의 높은 온도에서 해당 물질들은 증발 또는 열분해를 일으키기 때문에 배터리 시스템에 적합하지 않다. 상대적으로 열에 강한 오일류는 낮은 열용량과 배터리의 냉각 시스템 특성상 개방되어 주변의 공기로부터 발생하는 물의 침투시 섞이지 않아 두 개의 상을 형성하는 단점을 가진다. 

도 1 대표적인 테슬라의 배터리 냉각 시스템

따라서 바스프는 본 발명을 통해 상대적으로 높은 온도에서 이용가능하고 높은 열용량을 나타낼 뿐만 아니라 개방 냉각 시스템에서 사용하기에 적합하고 물과의 상용성을 나타내는 전기차 연료 전지 및 배터리에서 사용하기 위한 냉각제를 제공하고자 한다. 해당 냉각제는 (A) 알킬렌 글리콜 유도체 (B) 오르토실리케이트 에스테르, 알콕시알킬실란, 또는 아졸 유도체 (C) 방향족 아민으로 구성된 부식 저해제 (D) 비터런트, 염료, 소포제, 항산화제 또는 유화제로 구성된다.

본 발명에 따른 비교예(번호 1-5) 및 실시예(번호 6-13) 의 제조 조성 및 각 온도에서 측정한 점도는 표 1에 나타난다. 과도하게 낮은 점도는 냉각제의 유출을 야기하며 과도하게 높은 점도는 제조된 냉각제의 펌프 능력을 방해하기 때문에 100℃에서는 2 ㎟/s 이하, -40℃에서는 350 ㎟/s 이하, -20℃에서는 100 ㎟/s 이하의 동점도가 선호된다. 표 1에 따르면 비교예중에서는 1, 2, 3번이, 실시예 중에서는 6, 7, 8, 11, 12, 13번이 좋은 동점도를 가지고 있음을 알 수 있다.

표 1 비교예(번호 1-5) 및 실시예(번호 6-13)의 제조 조성 및 동점도 측정 결과

표 1(계속) 실시예(번호 6-13)의 제조 조성 및 동점도 측정 결과

표 2는 냉각제의 배터리 부식성을 나타내는 336시간 운전 후 냉각제에 침출된 금속 함유량의 ICP 측정 결과이다. 본 발명에 따른 냉각제는 부식 저해제의 추가를 통해 철 이온 및 특히 구리 이온의 침출을 현저히 감소시킬 수 있다. 침출되는 이온의 양의 감소는 냉각제의 전기 전도율을 지속적으로 낮게 유지함으로써 더 견고한 냉각 시스템을 구성할 수 있음을 뜻한다.

표 2 냉각 시스템 운전 후 침출된 배터리 금속 함유량 측정 결과 

표 2(계속) 냉각 시스템 운전 후 침출된 배터리 금속 함유량 측정 결과

표 3은 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 86.2 wt%, 테트라에틸렌글리콜 모노메틸 에테르 10 wt%, 옥틸디에탄올라민 1.8 wt%, 톨릴트리아졸 0.05 wt%, 항산화제 0.03 wt%, 유화제 0.25 wt%, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 1.67 wt%, 소포제 0.001 wt%로 구성되는 실시예 15의 물의 흡수에 따른 전기 전도율 추이를 나타낸다. 해당 발명의 조성물은 물과 1:1 희석시에도 25℃ 에서 25 μS/㎝ 의 임계 전도율 미만으로 유지되고 20 wt% 의 재증류수의 혼합시에도 10 μS/㎝ 의 임계 전도율 미만으로 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서 개방된 냉각 시스템에서도 견고하게 작동할 수 있음을 보인다. 

표 3 실시예 15번의 물 혼합에 따른 전도율 변화

새로운 배터리 양극 및 음극 물질의 개발은 이차전지 산업에 있어서 가장 중요한 기술로 꼽히지만, 배터리 관리 시스템 및 냉각 시스템 또한 배터리를 운용함에 있어 빼놓을 수 없는 중요한 기술이다. 본 발명과 같은 더욱 효과적인 냉각 시스템의 개발은 더욱 안전하고 에너지 효율적인 배터리 시스템의 개발을 앞당길 것으로 기대된다.

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환경보호의 관점에서 지방족 폴리에스테르 등과 같은 생분해성 수지에 대한 관심이 높아지고 있다. 생분해성 수지 중에서 폴리락트산(또는 폴리락타이드)은 녹는점이 160 내지 170 ℃로 높고, 투명성이 우수하며 원료인 락트산을 식물 등의 재생 가능한 자원으로부터 얻을 수 있다는 장점이 있어 다양한 용도에 사용된다. 반면, 폴리 락트산은 기존 수지보다 내충격성 및 내열성이 부족하며 성형 시간이 10분 이상으로 기존 수지보다 10배 이상 소요되는 단점이 존재한다. 

도 1 생분해성 플라스틱



따라서 삼성전자주식회사(이하 삼성)에서는 본 발명을 통해 유리전이온도가 낮아 내열성 및 내충격성이 높고 성형 온도 50 ℃ 이상 및 냉각 시간 150 초 이하에서 제조가 가능한 열가소성 수지 조성물을 제조하고자 한다. 해당 열가소성 수지 조성물은 폴리락트산, 폴리락트산과 상용성이 좋고 폴리락트산에 비하여 유리 전이온도가 낮은 열가소성 중합체, 핵제 및 반응성 가소제로 구성된다. 반응성 가소제는 열가소성 수지 조성물의 유동성을 증가시키고 사슬 폴딩 에너지를 감소시켜 성형 시에 열가소성 수지 조성물의 결정화 속도를 증가시키는 역할을 한다. 또한, 반응성 가소제의 반응성 작용기가 폴리락트산의 말단과 반응하여 화학 결합을 형성함에 의하여 가소제의 블리딩을 억제하고 열가소성 수지 조성물의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 핵제는 성형 시에 열가소성 수지 조성물의 결정화 속도 및 기계적 물성을 증가시키는 역할을 수행한다. 열가소성 수지 폴리락트산과 상용성이 좋고 폴리락트산에 비하여 유리전이온도가 낮은 열가소성 중합체는 폴리락트산과 분자간 인력을 통해 내충격성을 증가시킨다.

본 발명에 대한 제조 방법을 적용한 실시예 및 비교예 제조 방법은 다음과 같다. 폴리-L-락트산, 그리고 폴리락트산과 상용성이 좋고 폴리락트산에 비하여 유리전이온도가 낮은 폴리에틸렌비닐아세테이트, 핵제인 평균 입경 2㎛의 울트라 파인 탈크 및 반응성 가소제인 개질 식물유(ESO)를 표 2에 개시된 중량비로 준비한 출발물질을 건조 블랜딩 후 압출 온도 210 ℃ 및 회전 속도 70 rpm의 조건에서 용융 혼련시킨다. 이후 압출물을 40℃, 5 torr의 진공에서 24 시간 건조하여 열가소성 수지 조성물을 제조한다. 각 예시 수지의 조성 및 내충격성 실험 결과는 표 1과 같다.

표 1에서 보여지는 바와 같이, 비교예 1의 폴리락트산은 냉각 시간에 관계없이 낮은 충격강도를 보여주었다. 비교예 2 내지 4의 가소제를 포함한 열가소성 수지 조성물은 냉각 시간이 10 배 증가함에 따라 내충격성이 향상되었다. 이러한 내충격성의 향상은 흐름성이 좋은 반응성 가소제(reactive plasticizer)의 반응성 작용기가 폴리락트산의 말단과 반응하여 화학 결합을 형성함에 기인한 것으로 판단된다. 그러나, 냉각 시간이 60 초인 경우에는 여전히 폴리락트산과 유사한 내충격성을 보여주었다. 비교예 5의 열가소성 중합체(EVA)를 포함하는 경우에도 비교예 2 내지 4와 유사한 경향을 보여주었다. 비교예 7 내지 10의 핵제를 포함하는 열가소성 수지 조성물은 냉각 시간 60 초에서의 내충격성이 가소제를 포함하는 열가소성 수지 조성물에 비하여 향상되었다. 예를 들어, 비교예 8, 9는 비교예 4, 5에 비하여 냉각 시간 60 초에서 내충격성이 각각 약 2 배 가까이 향상되었다. 이러한 내충격성 향상은 핵 형성 시간의 감축에 기인한 것으로 판단된다. 그러나, 냉각 시간이 600 초인 경우에 비하여 냉각 시간이 60 초인 경우에 여전히 내충격성이 저하되었다. 이에 반해, 실시예 1 내지 3의 열가소성 수지 조성물은 냉각 시간이 1/10로 감소하여도 높은 내충격성을 그대로 유지하였다. 또한, 실시예 1 내지 3의 열가소성 수지조성물에서 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 열가소성 중합체 중 비닐아세테이트(VA) 함량이 증가할수록 내충격성이 향상되었다. 이러한 내충격성의 향상은 폴리락트산과 비닐아세테이트의 분자가 인력에 의한 상용성이 개선되었기 때문으로 판단된다.

 표 1 비교예 및 실시예 조성 및 내충격성 실험 결과.

PLLA: 폴리-L-락트산, EVA: 에틸렌비닐아세테이트, SO: 대두유, ESO: 에폭시기 4% 이상 대두유, AESO: acrylated epoxydized soybean oil

표 2에서 보여지는 바와 같이, 실시예 4 내지 13은 가소제 및 핵제를 추가적으로 사용함에 의하여 실시예 3에 비하여 내열성이 더욱 향상되었다.또한, 실시예 3 내지 13은 비교예 1의 폴리락트산에 비하여 내충격성 및 내열성이 동시에 향상되었다. 특히, 실시예 3 내지 13의 열가소성 수지 조성물은 성형 온도 50 ℃ 이상 및 냉각 시간 150 초 이하의 성형 조건에서 아이조드 충격강도가 90 J/m 이상이고, 열변형 온도(HDT)가 50 ℃ 이상이었다. 

 표 2 비교예 및 실시예 조성 및 내충격성, 내열성 실험 결과.

PDLA: 폴리-D-락트산, LAK: 상용 유기 핵제

HDT: 열변형 온도

도 2에서 분석되는 실시예 3 및 비교예 9에서 제조된 열가소성 수지 조성물에 대한 TEM 분석 결과 또한 EVA로 인한 향상된 충격 강도를 나타낸다. 실시예 3에서 제조된 열가소성 수지 조성물이 비교예 9에서 제조된 열가소성 수지 조성물에 비하여 열가소성 중합체(EVA)가 더 작고 균일하게 분산되었음을 알 수 있다. 따라서, 더욱 향상된 충격 강도를 제공할 수 있다. 

 도 2 실시예 3(좌) 및 비교예 9(우) 수지에 대한 TEM 분석 결과

각국의 환경 관리 규제 및 기업의 ESG 경영 혁신에 따라 생분해성 수지 기술 및 다양한 환경 관련 기술들이 개발되고 있다. 환경친화적이면서도 기존의 뛰어난 물성을 가진 물질들을 대체하는 이러한 물질들의 개발은 앞으로도 주목받을 것으로 기대된다.

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우리은행이 '메타뱅킹(Meta Banking)'을 메타버스 사업명으로 정하고 관련 플랫폼 개발과 콘텐츠 구상에 돌입했다. 내년 개인 고객을 대상으로 한 ‘메타버스 플랫폼’과 ‘오프라인 메타버스 브랜치’를 선보일 전망이다. 해당 플랫폼과 브랜치 명칭에는 메타뱅킹이 포함될 것으로 예상된다.

특허청 특허정보검색서비스 키프리스에 따르면, 우리은행은 지난 14일 상표 ‘메타뱅킹(Meta Banking)’을 특허청에 출원하였다.

 [표 1] 우리은행의 ‘메타뱅킹’ 출원 서지사항

메타뱅킹은 메타버스(metaverse)와 뱅킹(banking)의 합성어로, 3차원 가상세계를 혼합한 공간인 메타버스에서 뱅킹 서비스를 제공하려는 우리은행의 청사진을 담은 명칭으로 추측된다.

이번 상표 출원 신청은 우리은행의 메타버스 사업명이자 메타버스 플랫폼 명칭으로 활용하기 위한 선제 작업으로 풀이된다. 우리은행 관계자는 “개인 고객이 은행 서비스를 이용할 수 있도록 하는 메타버스 플랫폼 사업을 추진 중”이라며 “(사업명) 선점을 위해 상표 출원에 먼저 나선 것”이라고 설명했다.

우리은행은 올해 메타버스를 미래금융 사업의 동력으로 삼고 ‘메타버스 미래금융 플랫폼’과 ‘오프라인 메타버스 브랜치’를 주요 사업으로 추진하겠다는 목표를 세운 상태다.

[사진 1] 권광석 우리은행장의 메타버스 캐릭터 ‘전광석화’와 MZ세대 직원들 캐릭터 (출처 1)

메타버스 미래금융 플랫폼은 가상공간과 ‘AI 은행원’을 활용해 우리은행 모바일뱅킹앱인 ‘우리WON뱅킹’을 사용자 관점으로 진화시키려는 사업이다. 오프라인 메타버스 브런치는 새로운 사용자 경험을 제공하기 위해 현실 영업점에 증강현실(AR) 기반 금융정보와 서비스를 더하는 사업이다. 우리은행은 고객이 AR 서비스를 미리 체험할 수 있도록 메타버스 시범 영업점을 만들 계획이다.

우리은행은 지난 8월 ‘메타버스 얼라이언스’에 가입하며 메타버스 사업에 시동을 걸었다. 메타버스 얼라이언스는 삼성전자, 현대차, SK텔레콤, 네이버랩스, EBS 등 200여 개의 회원사가 참여 중인 민간 ‘K-메타버스 연합군’이다. 정부 디지털 뉴딜 정책의 일환으로 과학기술정보통신부에서 추진해 구성됐다.

우리은행의 메타버스 미래금융 플랫폼 사업도 메타버스 얼라이언스와의 협력을 통해 이뤄지고 있다. 우리은행은 지난 20일 LG AI 연구원과 협약을 맺고 ‘초거대 AI’ 구축에 나섰다. 초거대 AI는 대용량 데이터와 슈퍼컴퓨팅 인프라를 활용한 차세대 AI로, 인간의 뇌처럼 스스로 추론하고 창작의 영역까지 확장해 인간과 AI가 자연어를 바탕으로 소통할 수 있는 기술이다. 초거대 AI는 메타버스 미래금융 플랫폼 사업의 ‘AI 은행원’을 개발하는 원천 기술이 될 전망이다.

우리은행 관계자는 “메타버스 사업 방향은 메타버스 미래금융 플랫폼과 오프라인 메타버스 브랜치 둘 다 검토 중이다”라며 “두 가지 방향성을 아우르는 메타뱅킹의 큰 로드맵을 그리고 있다”라고 말했다.

메타뱅킹에 담길 가상공간 풍경의 일면은 앞서 우리은행이 이달 초 선보인 '우리메타브랜치'를 통해 가늠해볼 수 있다.

[사진 2] 우리은행 소상공인 대상 메타버스 플랫폼 ‘우리메타브랜치’ 홍보 포스터 (출처 1)

소상공인을 대상으로 론칭한 ‘우리메타브랜치’에 접속하면 실제 은행 영업점과 유사한 가상공간이 펼쳐진다. 가상공간 창구에서는 소상공인 지원 업무를 담당하는 직원들이 고객을 맞이한다. 고객과 직원은 채팅은 물론, 마이크를 통한 음성대화나 카메라를 이용한 화상상담도 가능하다.

우리은행은 메타버스 플랫폼에 적용할 서비스도 다각도 검토 중이다. 특히 메타버스 사업이 최근 금융권의 화두로 올라선 만큼, 관련 규제 부문을 면밀히 살핀다는 방침이다. 우리은행은 메타버스 플랫폼 내에서 금융 정보 제공과 관련 상담 서비스 제공을 우선적인 목표로 삼았다.

우리은행 관계자는 메타버스 플랫폼 내 방카슈랑스 서비스 가능 여부에 대해 “메타버스에 관한 규제 이슈가 아직 정확히 정해지지 않았기에 예금, 대출, 방카슈랑스 등 금융 서비스에 대한 내용은 검토 중이나 가시화된 부분은 없다”라면서 “메타버스 내 적용될 구체적인 금융 서비스 내용은 법 규제 이슈와 플랫폼 구축 이후에 검토될 부분으로 현재 판단된다”라고 말했다.

특허법인 ECM

변리사 최자영

jychoi@ecmpatent.com

02-568-2675

<출처>

[1] 우리은행, 메타버스 사업명 ‘메타뱅킹’ 낙점

http://www.econovill.com/news/articleView.html?idxno=559706

차량의 평균 수명주기가 10년 이상 서비스에 근접할 정도로 차량의 신뢰성이 증가하고 있다. 서비스 기간 동안 차량이 노후화됨에 따라 헤드 유닛, 전자 제어 장치(ECU) 등을 포함한 컴퓨팅 시스템이 점점 더 오래되어 기술 지원, 유지 보수(및 기타 지원) 및 새로운 기능 지원 측면에서 수명이 다할 수 있다. 또한 헤드 유닛 및 기타 컴퓨팅 시스템은 대시보드 및 기타 차량 컴포넌트에 매끄럽게 통합되어 고유한 폼 팩터, 대형 및 고가의 디스플레이 포함 등으로 인해 헤드 유닛 교체가 어려워지고 있다.

도 1 차량 전자 제어장치의 다양한 역할

구글에서는 본 발명을 통해 차량의 헤드 유닛 또는 다른 컴퓨팅 시스템을 교체하는 대신, 확장 가능한 지원 컴퓨팅 시스템과의 결합을 매끄럽게 이루어 내어 새로운 기능, 지원(보안 및 기타 문제를 해결하기 위한 소프트웨어 패치 등 포함하는 기술 지원과 같은 종신 서비스) 및 유지관리(예: 하드웨어 업그레이드 측면에서 프로세싱 능력, 메모리 크기 등)의 적응을 용이하게 하기 위해 업그레이드 시키고자 한다. 즉, 지원 컴퓨팅 디바이스를 추가하면 메인 컴퓨팅 디바이스를 별도로 교체할 필요없기에 훨씬 저렴하게 메인 컴퓨팅 유닛(헤드 유닛 또는 다른 컴퓨팅 디바이스)을 업그레이드하게 할 수 있게 된다. 해당 방식은 컨테이너 소프트웨어 아키텍처를 제공하여 메인 컴퓨팅 디바이스 및 지원 컴퓨팅 디바이스가 상이한 버전의 런타임 환경을 실행하더라도 잠재적으로 일관된 사용자 경험을 제공하는 방식으로 메인 컴퓨팅 디바이스와 지원 컴퓨팅 디바이스 간의 동기화를 보장한다.

도 2는 본 개시에 설명된 기법의 다양한 양태에 따라 차량용 확장가능 컴퓨팅 아키텍처를 제공하도록 구성된 예시적 컴퓨팅 시스템을 도시하는 블록도이다. 컴퓨팅 시스템(100)은 메인 컴퓨팅 디바이스(102) 및 지원 컴퓨팅 디바이스(202)로 구성된다. 메인 컴퓨팅 디바이스(102)는 프로세서(140) 및 다양한 입출력 컴포넌트(144, 146), 통신유닛(142), 디스플레이(112)로 구성되며, 디바이스 내 저장 디바이스(138)는 하드웨어 추상화 레이어(126)("HAL(126)"), 런타임 환경(128)("RTE(128)"), 시스템 및 단일 사용자 서비스 모듈(130)("SSUS(130)"), 시스템 사용자 인터페이스 모듈(132)("SUI(132)"), 자동차 서비스 모듈(134)("CS(134)") 및 다중 사용자 서비스 공간 모듈(136)("MUSS(136)")에 의해 형성된 소프트웨어 계층으로 구성된다.

SSUS(130)은 모든 사용자에게 공통되는 단일 사용자 서비스 및 모든 사용에게 설치되고, 메인 컴퓨팅 디바이스(102)의 모든 사용자에 의한 사용을 위해 하나 이상의 시스템 서비스를 제시하는 퍼스트파티 애플리케이션을 실행하도록 구성된 모듈이다. SUI(132)는 차량의 운영자가 차량의 다양한 동작을 제어하고 애플리케이션의 실행을 런칭하거나 개시하기 위해 인터렉션할 수 있는 시스템 레벨 사용자 인터페이스를 제시하도록 구성된 모듈이다. CS(134)는 GPS 시스템, HVAC 시스템, 시트 시스템, 창문 시스템, 또는 본 문서의 다른 곳에서 보다 철저하게 나열된 다른 시스템을 포함한 다양한 자동차 서비스와 인터페이싱 하도록 구성된 모듈이다. MUSS(136)는 특정 서드파티 애플리케이션, 사용자-특정 자동차 서비스 및 기타 사용자특정 데이터 또는 정보를 포함하는 개별 사용자 프로필을 제공하는 모듈이다.

지원 컴퓨팅 디바이스(202)는 메인 컴퓨팅 디바이스(102)와 유사한 컴포넌트로 구성된다. 업그레이드를 위해 지원 컴퓨팅 디바이스(202)가 확장되는 경우, 메인 컴퓨팅 디바이스(102)는 유,무선 연결(160)을 통해 지원 디바이스(202)의 통신적 연결을 검출한다. 지원 컴퓨팅 디바이스(202)는 통신적 연결을 검출하는 것에 응답하여, 런타임 환경(228)의 파티션을 포함하는 컨테이너 (238)를 지원 컴퓨팅 디바이스(202)에 전송한다. 지원 컴퓨팅 디바이스(202)는 RTE(128 및 228)의 동작을 동기화하기 위해 RTE(228)의 파티션을 실행하여 분산 런타임 환경으로 사용자 애플리케이션이 실행될 수 있는 공간을 제공한다. 따라서 메인 컴퓨팅 디바이스(102)는 세그먼트 또는 파티션에서 전체 RTE를 실행할 수 있으며, 여기서 RTE의 제1 파티션은 SSUS(130, 132), SUI(132, 232), CS(134, 234) 및 MUSS(136 및 236)이 실행되는 시스템 및 애플리케이션 공간 지원하기 위해 RTE(예: RTE(228))의 제2 파티션과 함께 실행될 수 있다. 이러한 컨테니어 소프트웨어 아키텍처 방식은 지원 컴퓨팅 디바이스(202)가 상이한 버전의 RTE를 실행하더라도 메인 컴퓨팅 디바이스(102)와의 동기화를 보장하여 업그레이드를 하더라도 일관된 사용장 경험을 유지할 수 있게 한다.

도 2 차량용 확장가능 컴퓨팅 아키텍처의 블록도

도 3은 본 개시에 설명된 확장가능 컴퓨팅 아키텍처 기법의 다양한 양태에 따라 동작하도록 구성된 컴퓨팅 시스템을 포함하는 차량의 예를 도시하는 도면이다. 차량(500)의 내부는 헤드 유닛(302)이 차량(500)의 글로브 박스(502)에 상주할 수 있는 카트리지(402)에 통신적으로 연결되어 있다. 추가적인 지원 컴퓨팅 시스템은 504A-G로 표시되는 임의의 위치에 추가적으로 설치되는 카트리지에 연결되어 설치가능하다.

도 3 확장가능 컴퓨팅 아키텍처가 포함된 차량 예시도

도 4는 본 개시에 설명된 확장가능 컴퓨팅 아키텍처 기법의 다양한 양태를 수행하는 컴퓨팅 시스템의 예시적 동작을 도시하는 흐름도이다. 메인 컴퓨팅 디바이스(102)는 RTE(128)의 제1 인스턴스 및 RTE(228)의 제2 인스턴스(600, 602)를 실행하기 위해 초기적으로 제1 컨테이너(138) 및 제2 컨테이너(238) 둘 모두를 실행한다(600, 602). RTE(128, 228)는 지원 컴퓨팅 디바이스(202)의 통신 연결을 검출하며(604), 제2 컨테이너(238)를 지원 컴퓨팅 디바이스(202)(606)에 전송한다. 지원 컴퓨팅 디바이스(202)는 제2 컨테이너(238)를 수신하고(608), 제2 컨테이너(238) 및 RTE(228)를 실행한다(610). RTE(128, 228)는 사용자 설정, 시스템 설정 및 기타 데이터 또는 정보를 동기화하여, 차량 운영자가 인터렉션할 수 있는 사용자 인터페이스를 공동으로 제시한다(612, 614). 이후, 사용자 애플리케이션 실행을 개시하기 위한 표시를 수신하고 이를 지원 컴퓨팅 디바이스(202)에 전송한다(616, 618). 지원 컴퓨팅 디바이스(202)는 표시(520)를 수신하여(620) 애플리케이션의 실행을 개시한다(622).

도 4 확장가능 컴퓨팅 아키텍처 동작 흐름도

자율주행 자동차의 개발에 따라 차량용 전자 제어 장치의 활용성 그리고 유지 관리에 대한 수요 또한 높아질 것으로 해석된다. 관련되어 본 발명과 같은 사용자의 일관된 사용 경험과 효율적인 유지 관리를 제공하는 기술은 더욱 각광받을 것으로 기대된다.



특허법인ECM

변리사 김시우

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 병원 앱으로 수신되던 전자처방전은 카카오톡의 인기에 힘입어 카카오톡으로 전달되는 시스템으로 진화하였다. 본 서비스는 국내에서 높은 이용률을 자랑하는 카카오톡으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 환자가 병원에 진료를 예약하면 환자가 보유한 카카오톡에 번호가 알림 메시지로 뜬다. 또한 카카오톡을 통해 진료비 결제, 결제내역 확인 및 전자처방전을 이용할 수 있게 된다 (그림 1). 전자처방전의 경우는 QR코드로 전송을 받고, 환자가 원하는 약국을 지정하면 해당 약국으로 환자의 처방전을 전송한다. 기존의 방식은 대형병원에서 제공하는 병원 앱을 설치해야만 병원이 제공하는 처방전을 약국에 전송할 수 있었다. 병원에서 제공하는 앱도 상당히 편리한 방법이다. 하지만 고령 환자의 경우 앱을 새로 설치해야만 하고, 앱을 사용하는 방법을 배워야만 한다. 카카오톡 앱을 설치한 사용자는 수수료 등의 추가적인 과금 없이 병원 서비스를 이용할 수 있다. 본 특허는 메신저 인증 서버를 이용한 전자처방전 발급 시스템에 관한 내용이다. 

그림 1. 카카오톡 기반 병원 서비스 예시

그림 2는 종래 수진 환자에 대한 종이 처방전 발급 시스템을 나타낸 도면이다. 종래 수진 환자에 대한 종이 처방전 발급 시스템 (100)은 먼저 병원/의원의 의사가 자신의 사용자 단말기 (105)를 이용하여 건강보험 심사평가원 서버 (110)에 접속하여 원외 처방전 작성을 위해 의약품 안전 점검을 실시한다 (①). 다음으로 병원/의원의 의사는 자신의 사용자 단말기 (105)를 이용하여 (이때의 사용자 단말기 (105)는 프린터까지 포함하는 개념임) 종이 처방전을 발급한다 (②). 환자 (또는 보호자)는 그 종이 처방전을 소지한 채 약국을 방문하여 약사에게 종이 처방전을 제시한다 (③). 약사는 스캐너를 이용하여 종이 처방전에 인쇄되어 있는 QR 코드를 스캔 한 후, 처방약을 조제한다 (④). 약국에서는 종이 처방전을 최소 3년간 보관한 후 폐기한다 (⑤). 

그림 2. 기존의 종이 처방전 발급 시스템

그림 3 및 4는 메신저 인증 서버를 이용한 전자처방전 발급 방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다. 병원 (의원)의 의사가 자신의 사용자 단말기 (205)를 이용하여 건강보험 심사평가원 서버 (210)에 접속하여 원외 처방전 작성을 위해 의약품 안전 점검을 실시한 후, 해당 환자에 대한 전자처방전을 발급하여 건강보험 심사평가원 서버 (210)로 전송한다 (단계 (S301), 그림 4의 ①, ②). 건강보험 심사평가원 서버 (210)는 병원 (의원)의 의사가 발급한 전자처방전을 수신하여 DB에 보관하고, 환자가 수신할 정보를 메신저 인증 서버 (220)로 전송한다 (단계 (S302), 그림 4의 ③). 메신저 인증 서버 (220)는 건강보험 심사평가원 서버 (210)로부터 전송된 환자가 수신할 정보를 수신하고, 전문접수번호 (tx-id)를 건강보험 심사평가원 서버 (210)로 전송한다 (단계 (S303)). 메신저 인증 서버 (220)는 전자처방전 도착 메시지를 사용자 단말기 (230)로 전송하고, 사용자 단말기 (230)는 전자처방전 도착 메시지를 확인한 후 전자서명을 수행한다 (단계 (S304), 그림 4의 ④, ⑤). 메신저 인증 서버 (220)는 사용자 단말기 (230)로부터의 전자서명을 검증한 후, 1회용 접속 보안 토큰 (OTT)을 발급하여 전문접수번호 (tx-id)와 함께 사용자 단말기 (230)로 전송한다 (단계 (S305), 그림 4의 ⑥). 사용자 단말기 (230)는 메신저 인증 서버 (220)로부터의 OTT 및 전문접수번호 (tx-id)를 수신하여 건강보험 심사평가원 서버 (210)의 모바일 웹서버 (210w)에 제출한다 (단계 (S306), 그림 4의 6-2). 건강보험 심사평가원 서버 (210)는 사용자 단말기 (230)로부터의 OTT 및 전문접수번호 (tx-id)를 수신하여 메신저 인증 서버 (220)로 OTT 검증을 요청한다 (단계 (S307), 그림 4의 ⑦). 메신저 인증 서버 (220)는 건강보험 심사평가원 서버 (210)로부터의 OTT 검증 요청에 따라 OTT를 검증하고, 그 결과를 건강보험 심사평가원 서버 (210)로 전송한다 (단계 (S308), 그림 4의 ⑧). 건강보험 심사평가원 서버 (210)는 OTT 검증 결과를 수신하고, OTT가 일치할 경우 해당 사용자 단말기 (230)의 모바일 웹 접속을 허용하고, 사용자 단말기 (230)로 전자처방전을 전송하여 화면에 표시한다 (단계 (S309), 그림 4의 ⑨). 

그림 3. 전자처방전 발급 방법의 실행 과정을 나타내는 흐름도

그림 4. 메신저 인증 서버를 이용한 전자처방전 발급 시스템의 동작 시퀀스



카카오톡을 이용한 병원 서비스는 높은 이용률과 더불어 수수료 등과 같은 별도의 과금이 없으므로 지속적으로 사용자가 증가하고 있다. 아직은 본 서비스를 이용하는 환자들의 반응을 더 지켜봐야 하겠지만, 환자의 의견을 수렴하여 카카오톡 내 병원 서비스를 고도화시킨다면 시장에서 충분히 승산이 있다고 본다.

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