한국에너지공과대학교(KENTECH) 에너지공학부 2학년에 재학 중인 김대혁 학생이 배터리 성능을 좌우하는 전해질 내부의 분자 수준 메커니즘을 규명한 연구를 주도하며 국제 물리학 학술지 'Physical Review E'에 제1저자로 이름을 올렸다.
25일 에너지공과대학에 따르면 이번 논문은 이달 3일자로 게재됐으며, 논문명은 'tructural and dynamical crossovers indense electrolytes'다. 관련 학계에서는 학부생이 물리학 분야 상위 1~3% 수준의 저널에 제1저자로 등재된 것은 매우 이례적인 사례로 평가하고 있다.
전해질은 배터리 내부에서 이온이 이동하는 통로 역할을 하는 핵심 물질이다. 겉보기에는 소금물과 유사한 액체처럼 보이지만, 실제 내부에서는 이온과 용매 분자가 복잡하게 얽혀 끊임없이 상호작용하며 움직인다. 이 미시적 거동이 곧 배터리의 성능과 안전성을 좌우한다는 점에서 전해질 연구는 차세대 에너지 기술의 핵심 분야로 꼽힌다.
최근에는 에너지 저장 효율을 높이기 위해 이온 농도를 크게 끌어올린 '농축전해질'이 주목받고 있다. 그러나 고농도 조건에서는 기존 이론으로 설명하기 어려운 현상이 나타나며 학계의 난제로 남아 있었다.
김대혁 학생은 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 전해질 농도를 단계적으로 변화시키며 이온의 구조 변화와 이동 특성을 정밀 분석했다. 그 결과, 전해질 내부에서 이온들이 집단적으로 형성하는 장거리 구조의 변화와 실제 전도도(이온 이동속도)의 변화가 서로 다른 임계 조건에서 발생할 수 있음을 규명했다.
이는 전해질을 설계할 때 '구조적 변화'와 '이동특성'을 구분해 이해해야 한다는 새로운 관점을 제시한 것으로, 농축전해질 설계 전략에 중요한 이론적 기반을 마련했다는 평가다.
이번 연구는 과거 켄텍에서 전해질 이론 연구를 수행했던 김정민 교수(현 부산대학교)가 대표 교신저자로 총괄했으며, 제주대학교 권태진 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 그러나 연구 설계 단계부터 시뮬레이션 수행, 데이터 분석에 이르기까지 핵심 과정을 김대혁 학생이 주도적으로 이끌었다는 점에서 의미가 더욱 크다.
김정민 교수는 "전해질은 배터리뿐 아니라 다양한 에너지 기술의 성능을 좌우하는 핵심 요소로, 농도가 높아질수록 거동이 복잡해진다"며 "이번 연구는 서로 다른 종류의 전해질을 하나의 공통된 물리적 틀에서 이해할 수 있는 기반을 마련했다는 데 의의가 있다"고 강조했다.
김대혁 학생 역시 "학부 과정에서 배운 기초 물리와 수학을 바탕으로 실제 연구를 주도해 국제학술지에 결과를 발표하게 되어 뜻깊다"며 "앞으로도 에너지 소재의 근본을 밝히는 연구에 도전하고 싶다"고 밝혔다.
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