제1저자 김대혁 학생.

한국에너지공과대학교(켄텍·KENTECH·총장 직무대행 박진호)은 김대혁 학생(에너지공학부 2학년)이 배터리 성능을 결정짓는 전해질 내부의 분자 수준 메커니즘을 규명한 연구를 주도해 미국 물리학회가 발간하는 국제학술지 '피지컬 리뷰 E'에 제1저자로 게재됐다고 24일 밝혔다.

학부생이 세계적 권위의 학술지에 제1저자로 논문을 발표한 것은 이례적인 성과로 평가된다.

전해질은 배터리 안에서 이온이 이동하는 통로 역할을 하는 물질로, 배터리의 성능과 안전성을 좌우하는 핵심 요소다. 겉으로는 소금물과 유사한 액체처럼 보이지만, 내부에서는 이온과 용매 분자들이 복잡하게 상호작용하며 끊임없이 움직인다. 최근에는 에너지 저장 효율을 높이기 위해 이온 농도를 크게 높인 '농축 전해질'이 주목받고 있으나, 이 조건에서는 기존 이론으로 설명하기 어려운 현상들이 나타난다.

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 이동 속도)의 변화가 서로 다른 임계 조건에서 나타날 수 있음을 밝혀냈다. 농축 전해질을 설계할 때 구조와 이동 특성을 구분해 이해해야 한다는 새로운 관점을 제시한 것이다.

전해질 농도 증가에 따라 서로 다른 농도 조건에서 이온의 배열 구조와 이동 특성의 변화가 나타남을 개념적으로 보여준다.

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이번 연구는 과거 켄텍에서 전해질 이론 연구를 수행했던 김정민 교수(현 부산대학교)가 대표 교신저자로 연구를 총괄했다. 권태진 제주대학교 교수가 공동 교신저자로 참여했다.

김대혁 학생은 연구 설계 단계부터 시뮬레이션 수행, 데이터 분석까지 주도적으로 참여하며 연구를 이끌었다.

김정민 교수는 “전해질은 배터리뿐 아니라 다양한 에너지 기술의 성능을 좌우하는 핵심 요소이지만, 농도가 높아질수록 그 거동이 매우 복잡해진다. 이번 연구는 서로 다른 종류의 전해질을 하나의 공통된 물리적 틀에서 이해할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

제1저자인 김대혁 학생은 “학부 과정에서 배운 기초 물리와 수학을 바탕으로 실제 연구를 주도해 국제 학술지에 결과를 발표하게 돼 뜻깊다”며 “앞으로도 에너지 소재의 근본 원리를 밝히는 연구에 도전하고 싶다”고 강조했다.

나주=김한식 기자 hskim@etnews.com

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