건국대 연구진, '차세대 유기 이차전지용 양극 소재' 작동 원리 규명

고에너지 유기 양극 소재 설계 전략 제시

김기출 화학공학과 교수팀 성과, '앙게반테 케미' 표지 선정

[서울=뉴시스] (왼쪽부터) 건국대 화학공학과 고채영 박사과정생(제1저자), 이교현 석사과정생, 김기출 교수. (사진=건국대 제공) 2026.02.09. [email protected]  *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 건국대학교는 화학공학과 김기출 교수 연구팀이 차세대 유기 이차전지용 양극 소재의 작동 원리와 설계 전략을 규명한 연구 성과를 발표했다고 9일 밝혔다.

연구진은 낮은 작동 전압으로 인해 기존 유기 양극 소재가 갖는 에너지 밀도 한계를 극복하고자 했다. 이에 배터리 안에서 리튬 이온뿐 아니라 음이온까지 활용해 두 가지 메커니즘으로 전하를 저장하며, 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 '바이폴라 레독스(Bipolar redox)' 구조에 주목했다.

해당 연구는 방전 성능을 단순한 실험 결과나 구조적 특징으로 설명하는 데서 그치지 않고 그 원인을 전자 구조 수준에서 직접 규명한 것이다. 연구진은 전자 구조 계산을 통해 방전 거동을 좌우하는 요인을 분석한 결과, 분자가 전자를 받아들이고 분산시키는 방법이 핵심임을 확인했다.

또한 전자를 받아들이는 궤도인 LUMO의 반결합적 성격과 전자 친화도, 배터리 내부 용매 환경에서의 안정성이 방전 성능을 결정하는 주요 인자로 작용함을 밝혔다.

아울러 연구진은 그동안 상대적으로 주목받지 못했던 음이온 저장을 담당하는 'p-type(p형)' 작용기가 실제 배터리 성능 향상에 어떤 역할을 하는지를 분자 단위에서 처음 체계적으로 설명했다.

특히 이번 연구는 계산화학 기반의 정밀 분석을 통해 유기 배터리 성능이 소재 자체의 한계가 아니라 전자 구조와 안정성 설계에 따라 개선될 수 있음을 이론적으로 제시하며 지속가능한 에너지 저장 기술의 새로운 설계 방향을 제안했다.

김 교수는 "이번 연구는 유기 양극 소재에서 상대적으로 규명이 부족했던 p-type 기능기의 역할을 전자 구조 수준에서 명확히 밝혀낸 성과"라며 "제시된 설계 원리는 차세대 고에너지·고용량 유기 이차전지 소재 개발을 위한 중요한 기준점이 될 것"이라고 말했다.

한편 고채영 박사과정생이 제1저자, 이교현 석사과정생이 제2저자로 참여한 이번 연구는 한국에너지기술평가원(KETEP)의 에너지기술개발사업과 한국과학기술정보연구원(KISTI) 국가슈퍼컴퓨팅센터의 계산 자원 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 '앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition)' 표지 논문에 게재됐다.


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