경북대학교 공과대학.
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신소재공학부 이주현 석사과정생, 학부생 시절 논문 상위 2% 국제학술지에 게재
신소재공학부
- 2022-03-11 15:32
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차세대 이차전지 양극소재인 프러시안 블루 유사체의 특이한 상변화 메커니즘 규명
경북대 석사과정생이 학부생 시절 제1저자로 쓴 논문이 JCR 상위 2% 국제학술지에 게재됐다.
신소재공학부 석사과정생 이주현 씨는 차세대 이차전지 양극 소재인 프러시안 블루 유사체가 리튬이온전지 충·방전 과정에서 겪는 특이한 상변화 현상을 발견하고 그 메커니즘을 규명했다. 연구결과는 JCR 기준 상위 2.03%인 응용화학 분야 국제학술지 ‘에너지 화학 저널(Journal of Energy Chemistry)’에 2월 26일 온라인판에 게재됐다
공침법을 통해 쉽게 대량 생산이 가능한 프러시안 블루 유사체는 리튬 이온의 확산 경로가 잘 발달되어 출력 특성이 우수하다. 이로 인해 대용량 에너지저장장치나 전기자동차용 대형전지 등에 사용할 수 있는 양극 소재로 각광받고 있다.
하지만 충·방전하는 과정에서 생기는 소재의 부피 변화 및 상변화 메커니즘에 대한 이해가 부족해 양극 소재로 활용 범위를 넓히는 데는 기초 연구가 부족한 실정이다.
일반적으로 리튬이온전지 양극소재는 리튬 이온의 탈·삽입을 통해 충·방전이 일어난다. 특히, 방전 과정에서 리튬 이온이 소재 안으로 삽입되며 부피가 팽창하는 경향이 있다. 포항 가속기연구소에서 실시한 실시간 X선 분석 결과, 연구팀은 이와 같은 일반적인 현상과 다르게 특정 프러시안 블루 유사체는 방전 과정에서 부피가 오히려 감소하는 것을 발견했다. 이는 프러시안 블루 유사체를 구성하는 전이금속 이온과 시안기 사이의 파이 전자 역결합(π-backdonation)이 강화되어 격자를 수축시키기 때문이라고 연구팀은 풀이했다.
이번 논문의 교신저자이자 지도교수인 신소재공학부 이지훈 교수는 “이 연구는 프러시안 블루 유사체뿐만 아니라 다양한 금속-유기 소재, 폴리-음이온성 소재들에 적용 가능한 디자인 원리를 제시한다는 점에서 기초 연구로서 큰 의미가 있다. 또한, 학부생들이 학부 과정에서 배우는 내용들을 바탕으로 직접 실험하고 결론을 도출해 SCI급 논문에 연구 성과를 게재할 수 있었다는 점에서 공학 교육적으로도 매우 우수한 성과라고 생각한다.”라고 설명했다.
이주현 씨는 지난 2월 18일 경북대 신소재공학부 전자재료공학전공을 졸업하고 3월 대학원 신소재공학부 석사과정에 진학했다.
<왼쪽부터 이주현 석사과정생, 이지훈 교수>
경북대 석사과정생이 학부생 시절 제1저자로 쓴 논문이 JCR 상위 2% 국제학술지에 게재됐다.
신소재공학부 석사과정생 이주현 씨는 차세대 이차전지 양극 소재인 프러시안 블루 유사체가 리튬이온전지 충·방전 과정에서 겪는 특이한 상변화 현상을 발견하고 그 메커니즘을 규명했다. 연구결과는 JCR 기준 상위 2.03%인 응용화학 분야 국제학술지 ‘에너지 화학 저널(Journal of Energy Chemistry)’에 2월 26일 온라인판에 게재됐다
공침법을 통해 쉽게 대량 생산이 가능한 프러시안 블루 유사체는 리튬 이온의 확산 경로가 잘 발달되어 출력 특성이 우수하다. 이로 인해 대용량 에너지저장장치나 전기자동차용 대형전지 등에 사용할 수 있는 양극 소재로 각광받고 있다.
하지만 충·방전하는 과정에서 생기는 소재의 부피 변화 및 상변화 메커니즘에 대한 이해가 부족해 양극 소재로 활용 범위를 넓히는 데는 기초 연구가 부족한 실정이다.
일반적으로 리튬이온전지 양극소재는 리튬 이온의 탈·삽입을 통해 충·방전이 일어난다. 특히, 방전 과정에서 리튬 이온이 소재 안으로 삽입되며 부피가 팽창하는 경향이 있다. 포항 가속기연구소에서 실시한 실시간 X선 분석 결과, 연구팀은 이와 같은 일반적인 현상과 다르게 특정 프러시안 블루 유사체는 방전 과정에서 부피가 오히려 감소하는 것을 발견했다. 이는 프러시안 블루 유사체를 구성하는 전이금속 이온과 시안기 사이의 파이 전자 역결합(π-backdonation)이 강화되어 격자를 수축시키기 때문이라고 연구팀은 풀이했다.
이번 논문의 교신저자이자 지도교수인 신소재공학부 이지훈 교수는 “이 연구는 프러시안 블루 유사체뿐만 아니라 다양한 금속-유기 소재, 폴리-음이온성 소재들에 적용 가능한 디자인 원리를 제시한다는 점에서 기초 연구로서 큰 의미가 있다. 또한, 학부생들이 학부 과정에서 배우는 내용들을 바탕으로 직접 실험하고 결론을 도출해 SCI급 논문에 연구 성과를 게재할 수 있었다는 점에서 공학 교육적으로도 매우 우수한 성과라고 생각한다.”라고 설명했다.
이주현 씨는 지난 2월 18일 경북대 신소재공학부 전자재료공학전공을 졸업하고 3월 대학원 신소재공학부 석사과정에 진학했다.
<왼쪽부터 이주현 석사과정생, 이지훈 교수>
