한국 카이스트 연구팀, 전 세계 골머리 앓던 '전기화학 난제' 풀었다

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[뉴스1] 심영석 기자 = 국내 공동연구진이 전기화학 분야의 오랜 난제 중 하나인 전기 이중층 구조를 이론적으로 규명하는 데 성공했다.

연료전지, 배터리, 질소고정화 등 신 전기화학 기술 개발에 큰 도움이 될 전망이다.

27일 KAIST 화학과 김형준 교수·GIST 신소재공학부 최창혁 교수 공동연구팀에 따르면 전기 이중층은 전기를 가한 금속 전극 주변에 액체 속의 이온이 쌓이면서 생성되는 특이한 층 구조를 의미한다.

이 구조적 특성에 따라 에너지 변환·저장 성능이 결정되기 때문에 이를 규명하려는 노력이 오랫동안 이어져 왔다.

하지만 직접 관측하기가 사실상 불가능해 지난 수십년간 뚜렷한 진보를 이룰 수 없었다.

이에 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 규명하는 데 성공했다.

이같은 결과를 토대로 GIST 최창혁 교수 연구팀이 실제로 실험에서 측정한 전기 이중층의 물리적 특성을 정확하게 예측할 수 있었다.

더 나아가 이를 기반으로 특별한 화학 반응을 활용해 전기 이중층 구조를 실제로 제어할 수 있는 전략을 도출했다.

공동연구팀은 이를 통해 탄소 저감에 중요한 전기화학적 이산화탄소의 연료화 반응 효율을 제어하는 데 성공했다.

김형준 교수는 “이번 연구성과는 친환경 전기 에너지의 변환 및 저장 성능을 획기적으로 높일 가능성에 첫 단추를 끼웠다는 점에서 큰 의미가 있다”고 강조했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 에 10일 게재됐다.