국민대학교(총장 정승렬) 나노전자물리학과 김민수·이정훈 학생이 SCI 학술지인 MDPI Materials에 ‘A Study on Hollow Mesoporous Silica Nanoparticles with Long-Term Cycling’라는 제목의 논문을 게재했다. 

MDPI Materials는 소재·재료과학 및 응용 분야의 논문을 게재하는 국제학술지로, 이번 논문에서 김민수, 이정훈 학생은 중공 메조포러스 구조의 실리카의 구조적 특성을 활용한 이차전지 음극재의 장기 충방전 안정성 향상에 초점을 맞춰 연구를 진행했다.

이차전지 음극 활물질은 휴대용 전자기기 및 전기화학적 에너지 저장 장치의 안정적 구동을 좌우하는 핵심 구성 요소로, 충전 시 리튬 이온을 받아들여 저장하고 방전 시 이를 다시 내보내며 전력를 공급하는 핵심 물질이다. 이러한 음극 활물질은 높은 에너지 밀도와 함께 장기 충·방전 과정에서도 우수한 구조적 안정성과 전기화학적 신뢰성이 동시에 요구된다. 특히 실리콘 및 실리카 기반 음극재는 높은 이론 용량이라는 장점이 있지만, 충·방전 과정에서의 부피 팽창과 구조적 불안정성으로 인해 쿨롱 효율과 장기 사이클에 대해 불안정한 특성을 보인다. 이에 본 연구에서는 약물 전달 물질로 연구되었던 중공 메조포러스 실리카 나노입자를 활용하여, 그 구조적 특성을 음극 활물질로 적용하여 높은 전류 밀도 조건에서도 우수한 쿨롱 효율과 안정적인 사이클 성능을 제공함을 확인하였다. 이 연구를 통해 활물질의 구조적 설계로 향후 고안정·고신뢰성 리튬이온 배터리 음극 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다. 

연구를 지도한 국민대 나노전자물리학과 심인보 교수는 “생성형 AI 확산으로 인한 고등교육의 새로운 리스크를 극복하려면, 실제 문제 해결과 연구 경험을 정규 교육 안으로 끌어들이는 체계가 필요하다”며 “이번 성과는 UROP라는 정규화된 현장 경험 교육 시스템을 활용해, 현장 경험이 부족한 학부생이라도 교과과정 외의 범위를 주도적으로 탐구하며 우수한 연구 성과를 낼 수 있음을 보여준 사례이기에 “학부연구생으로 연구에 참여한 두 학생의 학문적 열정과 노력이 좋은 결과로 이어져 매우 기쁘다”고 소감을 밝혔다.

김민수 학생은 “학부연구생으로서 연구실에서 직접 실험을 수행하고 논문을 작성하며 매우 뜻깊은 경험을 할 수 있어 기쁘다”며 “차세대 배터리에 대한 관심을 바탕으로 앞으로도 관련 연구를 지속해 나가고 싶다”며 향후 계획을 밝혔다. 이정훈 학생 역시 “학부 연구생 참여를 통해 예상하지 못했던 소중한 기회를 얻게 됐다”며 “이러한 프로그램에 참여할 수 있도록 적극적으로 지원해 주신 교수님과 학교에 진심으로 감사드린다”고 소감을 밝혔다. 

한편, 이번 연구는 첨단분야 혁신융합대학 차세대통신사업단(단장 박준석 교수) 및 국민대 산학협력단 UROP 프로그램의 지원을 받아 진행됐다.