국내 연구진이 전기화학 기술 개발에 기여할 난제 해결에 성공했다.
KAIST(한국과학기술원) 화학과 김형준 교수·GIST(광주과학기술원) 신소재공학부 최창혁 교수 공동연구팀은 전기화학 분야의 오랜 난제 중 하나인 전기 이중층 구조를 이론적으로 규명했다.
연료전지, 배터리, 질소고정화 등 신 전기화학 기술 개발에 큰 도움이 될 것으로 전망되고 있다.
전기 이중층은 전기를 가한 금속 전극 주변에 액체 속의 이온이 쌓이면서 생성되는 특이한 층 구조이며 구조적 특성에 따라 에너지 변환·저장 성능이 결정되기 때문에 규명하려는 노력이 오랫동안 이어져 왔다.
하지만, 직접 관측하기가 사실상 불가능해 수십년간 뚜렷한 진보를 이룰 수 없었다.
KAIST 김형준 교수 연구팀은 컴퓨터 속 디지털 세상에 전기 이중층을 구현해 이러한 실험적 한계를 돌파하고자 했다.
양자 역학 및 분자동역학에 기반한 높은 정확도의 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 개발해 그동안 베일에 싸여 있던 전기 이중층 구조를 규명하는데 성공했다.
GIST 최창혁 교수 연구팀은 실제로 실험에서 측정한 전기 이중층의 물리적 특성을 정확하게 예측할 수 있었고 특별한 화학 반응을 활용해 전기 이중층 구조를 실제로 제어할 수 있는 전략을 도출했다.
공동연구팀은 탄소 저감에 중요한 전기화학적 이산화탄소의 연료화 반응 효율을 제어하는데 성공했다.
김형준 교수는 “연구 성과는 친환경 전기에너지의 변환 및 저장 성능을 획기적으로 높일 가능성에 첫 단추를 끼웠다는 점에서 큰 의미가 있다”고 강조했다.
연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스에 1월10일 게재됐다. (김나정 연구원)