에너지시스템학과

2025학년도 후기 석·박사통합과정으로의 학위과정변경 (정시)전형 실시 안내 NEW

가. 모집학과 및 모집인원 1) 모집학과: 석·박사통합과정이 설치되어 있는 대학원 전 학과 2) 선발인원: 당해연도 박사학위과정 입학정원 범위 내 나. 지원자격 1) 본교 대학원 석사과정 재학 중인 자로 한 학기 이상 이수한 자 2) 석사과정 지도교수 추천자 다. 전형일정 - 지원서 접수 : 2025.04.16(수) 09:00 ~ 04.29(화) 17:00 - 전형(서류전형 및 면접) : 2025.05.12(월) ~ 05.16(금) - 합격자 발표 : 2025.06.04(수) 라. 제출서류 1) 학위과정변경 지원서 1부 2) 성적증명서 1부 마. 제출처: 대학원 교학팀(율곡관 305호) 바. 전형료: 면제 사. 전형방법 및 선발철자 1) 전형방법: 서류심사 및 면접 2) 선발절차 - 당해학기 신입생 선발 일정 및 입학전형과 동일하게 진행 - 지원자가 있는 학과에 대해서는 추후 전형 안내 공문 발송 예정 아. 기타 유의사항 학점인정 석사과정에서 취득한 학점 통산하여 인정 가능 학위수여자격 1. 석사과정 포함 8학기 이상 등록을 마친 자 2. 소정의 교육과정에 따른 전공학점과 연구학점을 모두 이수한 자 3. 누계 평점평균 3.0 이상인 자 4. 자격시험에 합격한 후 학위논문심사에 통과한 자 - 종합시험: 학위과정 변경 전(석사과정) 응시한 자격시험 불인정 - 외국어시험 인정 기준 ·대학원 외국어시험 응시자: 70점 이상(통합과정 합격 기준)인 경우 합격 인정 ·외국어시험 대체과목 수강자: Pass한 경우 합격 인정 ·외국어시험 면제 신청자: 합격 인정 1) 학점인정 및 학위수여 자격 2) 신청횟수: 제한 없음

2025학년도 후기 학·석·박사통합 연계과정생 모집 전형 실시 안내 NEW

가. 제도개요: 학사과정과 석·박사통합과정을 연계, 학사 및 석·박사통합과정 수업연한을 단축(학사3.5(3.0)년+석·박사통합과정 2.5년 졸업)하여 5.5 ~ 6년 내에 학사학위 및 박사학위 취득을 가능하게 하는 학사제도 나. 모집학과 및 모집인원 1) 모집학과: 정시모집 석·박사통합과정 모집학과를 대상으로 지원 가능 2) 모집인원: 대학원 입학 학기 기준 박사학위 모집정원 여석범위 내 다. 지원자격 1) 본교 학사과정 누계 평점평균이 3.0 이상인 4학기에서 7학기(건축학사과정생은 6학기에서 9학기)에 재학 중인 자로 학사과정 조기졸업 예정자 - 본교 학사과정 조기졸업 요건 완화: 누계 평점평균 3.75 이상 → 3.0 이상 본교 학사과정 조기졸업 요건인 평점평균 3.75 미만인 경우에도 3.0 이상이면 지원 가능. 단, 이 경우 대학원 1학기 등록을 반드시 해야 하며, 대학원 입학을 포기하거나 자퇴하는 경우 학사과정 조기졸업이 취소됨 2) 학부 지도교수 또는 전공 주임교수 추천 및 대학원 지원학과의 학과장 또는 주임교수 추천자 3) 학사과정 전공과 진학 희망 대학원 석·박사통합과정의 학과가 일치하지 않아도 지원 가능 4) 학·석·박사통합연계과정 지원 불가 대상 - 편입학한 자 - 조기졸업 제외 대상: 의학사학위과정, 간호학사학위과정, 약학사학위과정, 공학사학위과정의 공군ICT전공 라. 모집일정 - 지원서 접수 : 2025.04.16.(수) 9:00 ~ 04.29.(화) 17:00 - 전형 (서류전형 및 면접) : 2025.05.12.(월) ~ 05.16.(금) - 합격자 발표 : 2025.06.04.(수) - 연구활동계획서 제출 : 지도교수 배정 및 연구활동계획서 제출 - 대학원 등록 : 대학원 진학 학기 신입생 등록 기간 마. 제출서류 1) 학·석·박사통합연계과정 신청서 1부 2) 성적증명서 1부 3) 학·석·박사통합연계과정 연구활동계획서 ※전형 합격 후 대학원 입학한 학기 초 제출 바. 제출처: 대학원 교학팀 방문제출(율곡관 305호) 사. 전형료: 면제 아. 전형방법: 서류심사 및 면접 - 전형일은 학과 자체 일정에 따름 - 대학원 학과별로 학부 성적 및 기타 학과에서 별도로 정한 기준 등을 종합적으로 심사·평가하여 선발 - 지원자가 있는 학과에 대해서는 추후 전형 안내 공문 발송 예정 자. 선발자 특전 1) 입학금 및 전형료 면제 2) 대학원 입학 시 무시험 특별전형 3) 대학원 학과별 장학금 배정 시 최우선 고려 4) 석·박사통합과정 수업연한 3학기 단축 가능(의무 아닌 선택사항) - 단, 수업연한 단축을 위해 학사과정 중 대학원 과목(3학점 이상)을 선이수해야 함 5) 대학원 입학 시 실사구시 장학금(학석박통합연계) 200만 원 지급 - 본교장학금 규칙에 의거, 직전 학기 12학점 이상 이수 / 평점평균 2.0 이상인 경우만 수혜 가능 - 실사구시 장학금(학업장려금) 200만원과 중복 수혜 가능 - 장학금 수혜 제외 대상: 본교 학사과정 졸업생/초과학기생/학적유지생, 일반대학원 간호대학/의과대학 통할학과 지원자 아. 기타 유의사항 1) 학·석·박사통합연계과정생으로 선발된 이후 입학한 학기 초(수업일수 1/4선 이내)에 석·박사통합과정 지도교수를 배정받아 재학 중 1회 이상 학사지도를 받아야 함 ※ 학·석·박사통합연계과정 활동계획서 1회 이상 제출 의무 2) 학사과정 조기졸업 불가자 및 학·석·박사통합연계과정 포기자(대학원 비진학 의사 표시자)는 학·석·박사통합연계과정 포기신청서를 대학원 지원 학과에 제출하여야 함 3) 학·석·박사통합연계과정생의 경우 학사과정 중에는 학부 학칙 및 규정이 적용되고, 석·박사통합과정 중에는 대학원 학칙 및 규정이 적용됨

2025학년도 후기 학·석사연계과정생 모집 전형 실시 안내 NEW

가. 제도개요: 학사과정과 석사과정을 연계하여 학사 및 석사과정 수업연한을 단축(학사 3.5(3.0)년, 석사 1.5년 졸업)함으로써 4.5 ~ 5년 이내에 학사학위 및 석사학위 취득이 가능하게 하는 제도 나. 모집학과 및 모집인원 1) 모집학과: 정시모집 석사과정 모집학과를 대상으로 지원 가능 2) 모집인원: 대학원 입학 학기 기준 석사학위 모집정원 여석범위 내 다. 지원자격 1) 본교 학사과정 누계 평점평균이 3.0 이상인 4학기에서 7학기(건축학사과정생은 6학기에서 9학기)에 재학 중인 자로 학사과정 조기졸업 예정자 - 학·석사연계과정 합격자 조기졸업 요건 완화: 누계 평점평균 3.75 이상 → 3.0 이상 본교 학사과정 조기졸업 요건인 평점평균 3.75 미만인 경우에도 3.0 이상이면 지원 가능. 단, 이 경우 대학원 1학기 등록을 반드시 해야 하며, 대학원 입학을 포기하거나 자퇴하는 경우 학사과정 조기졸업이 취소됨 2) 학부 지도교수 또는 전공 주임교수 추천 및 대학원 지원학과의 학과장 또는 주임교수 추천자 3) 학사과정 전공과 진학 희망 대학원 석사과정의 학과가 일치하지 않아도 지원 가능 4) 학·석사연계과정 지원 불가 대상 - 편입학한 자 - 조기졸업 제외 대상: 의학사학위과정, 간호학사학위과정, 약학사학위과정, 공학사학위과정의 공군ICT전공 라. 모집일정 - 지원서 접수 : 2025.04.16.(수) 9:00 ~ 04.29.(화) 17:00 - 전형 (서류전형 및 면접) : 2025.05.12.(월) ~ 05.16(금) - 합격자발표 : 2025.06.04. - 연구활동계획서 제출 : 지도교수 배정 및 연구활동계획서 제출 - 대학원 등록 : 대학원 진학 학기 신입생 등록기간 마. 제출서류 1) 학·석사연계과정 신청서 1부 2) 성적증명서 1부 3) 학·석사연계과정 연구활동계획서 ※전형 합격 후 대학원 입학한 학기 초 제출 바. 제출처: 대학원 교학팀 방문 제출(율곡관 305호) 사. 전형료: 면제 아. 전형방법: 서류심사 및 면접 - 전형일은 학과 자체 일정에 따름 - 대학원 학과별로 학부 성적 및 기타 학과에서 별도로 정한 기준 등을 종합적으로 심사·평가하여 선발 - 지원자가 있는 학과에 대해서는 추후 전형 안내 공문 발송 예정 자. 선발자 특전 1) 입학금 및 전형료 면제 2) 대학원 입학 시 무시험 특별전형 3) 대학원 학과별 장학금 배정 시 최우선 고려 4) 석사과정 수업연한 1학기 단축 가능(의무 아닌 선택사항) - 단, 금융공학과 입학생은 수업연한 단축을 위해 학사과정 중 대학원 과목(6학점)을 선이수해야 함 5) 대학원 입학 시 실사구시 장학금(학석사연계) 100만 원 지급 - 본교장학금 규칙에 의거, 직전 학기 12학점 이상 이수 / 평점평균 2.0 이상인 경우만 수혜 가능 - 실사구시 장학금(학업장려금) 200만원과 중복 수혜 가능 - 장학금 수혜 제외 대상: 본교 학사과정 졸업생/초과학기생/학적유지생, 일반대학원 간호대학/의과대학 통할학과 지원자 아. 기타 유의사항 1) 학·석사연계과정생으로 선발된 이후 입학한 학기 초(수업일수 1/4선 이내)에 석사과정 지도교수를 배정받아 재학 중 1회 이상 학사지도를 받아야 함 ※ 학·석사연계과정 활동계획서 1회 이상 제출 의무 2) 학사과정 조기졸업 불가자 및 학·석사연계과정 포기자(대학원 비진학 의사 표시자)는 학∙석사연계과정 포기신청서를 대학원 지원 학과에 제출하여야 함 3) 학·석사연계과정생의 경우 학사과정 중에는 학부 학칙 및 규정이 적용되고, 석사과정 중에는 대학원 학칙 및 규정이 적용됨

[소식][2025.03.26.수] 서형탁 교수팀, 데이터 학습·분류 가능한 범용 소재 기반 지능형 신소자 개발

우리 학교 서형탁 교수팀이 머신러닝 기반 연산 및 센서 신호처리에 적용 가능한 지능형 신소자를 개발했다. 이 소자를 통해 기존의 반도체 소자보다 낮은 전력으로 데이터 학습과 분류가 가능해 머신러닝, 인공지능 컴퓨팅과 빅데이터 처리 등에 폭넓게 활용될 수 있을 전망이다. 서형탁 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)와 쿠마 모히트 교수(Kumar Mohit, 대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 강유전성 초박막 소재 기반의 차분 정전용량(Differential Capacitance) 출력을 이용해 뛰어난 선형 학습성과 고분해능의 다치 출력 특성을 갖춘 머신러닝 기반 학습 인공지능 소자 개발에 성공했다고 밝혔다. 연구 내용은 ‘머신러닝 기반 데이터 분류가 가능한 헤프늄 지르코늄 소자 기반 다치 재구성 차분 정전용량(Multilevel reconfigurable differential capacitance in HfZrO2 ferroelectric devices: Enabling machine learning-based classification)’이라는 제목으로 나노 분야 저명 국제 학술지 <나노 에너지(Nano Energy)> 3월호 온라인판에 게재됐다. 쿠마 모히트(Kumar Mohit, 사진 제일 오른쪽) 교수가 제1저자로, 대학원 이상민 학생(사진 제일 왼쪽)이 공저자로 참여했다. 서형탁 교수(사진 가운데)는 교신저자로 함께 했다. 방대한 데이터를 다루고 활용하는 인공지능(AI) 컴퓨팅의 시대가 도래함에 따라 기존의 기술보다 낮은 전력을 사용하면서 보다 빠른 속도로 병렬처리 및 학습·연산이 가능한 지능형 신소자의 확보가 미래 반도체 기술의 핵심으로 부상하고 있다. 기존 집적회로에서 메모리와 프로세서가 분리되어 데이터를 처리하는 현재의 ‘폰노이만 아키텍쳐(Von Neumann architecture)’ 방식과는 달리, 지능형 신소자는 ‘뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)’ 방식으로 인간 두뇌의 신경회로를 모사해 한 곳에서 동시에 정보를 처리할 수 있도록 만들어진다. 이에 지능형 신소자는 인간 두뇌의 시냅스와 뉴런이 신호를 주고받으며 학습을 통해 인식하고 판단하는 것과 같이 ▲병렬처리 ▲입력신호 가중치에 의한 학습형 재구성 ▲다단계 신호 출력 등 기존의 방식에서는 구현이 어려운 새로운 특성을 가진다. 많은 정보를 동시다발적으로, 선별적으로 그리고 세분화해서 처리할 수 있는 것. 이러한 특성은 반복적 학습을 통해 정보 처리의 정확도를 높이며 새로운 문제를 풀어내는 데에도 탁월한 능력을 발휘할 수 있어, 인공지능(AI) 컴퓨팅을 위한 고성능 컴퓨팅을 가능하게 한다. 이러한 인공지능형 신소자를 구현하기 위해 전 세계 반도체 제조사들은 기존 실리콘 집적회로 소재와 공정을 기반으로 회로 구조적인 변화를 시도함과 동시에, 실리콘 소재에서 탈피해 새로운 소자를 개발하려는 연구를 이어가고 있다. 그러나 뉴로모픽 컴퓨팅용 차세대 반도체 소자로 개발되어온 기존의 멤리스터(메모리+리지스터) 및 멤트랜지스터(메모리+트랜지스터) 같은 저항가변형 신소자의 저항 출력 방식은 소자의 미세화 및 집적화와 전력 활용의 효율성(저전력 달성) 측면에서 한계를 보여왔다. 이에 최근 정전용량 출력 방식의 차세대 지능형 소자 멤커패시터(메모리+커패시터, memcapacitor)가 주목을 받고 있다. 이 방식을 활용하면 저항가변형 방식에 비해 고집적화가 쉽고, 전력 소모가 줄어들며, 스위칭 속도가 빠르다는 장점이 있다. 아주대 연구팀은 정전용량 출력 방식의 지능형 신소자 개발을 위해 ‘헤프늄-지르코늄 복합산화물(HfZrO: HZO)’에 주목했다. 강유전체 HZO는 차세대 저전력 트랜지스터의 후보군인 음의 정전저항기반 트랜지스터에 사용되는 핵심 소재로, 외부 전기장에 따라 비휘발성 분극이 강하게 일어나는 강유전성을 가진다. 특히 3차원 구조 집적회로의 핵심 공정인 원자층 증착이 가능해 반도체 분야에서 이미 널리 연구 개발되고 있는 소재다. HZO의 강유전성은 이상적으로는 전압의 부호에 따라 상향 및 하향 수직 정렬 분극화가 소재 전체에 일관되게 일어나는 것이 필요하지만, 원자층 증착된 HZO는 나노결정구조를 가지기 때문에 각 결정립의 분포에 따라 수직 정렬 분극뿐만 아니라 경사 정렬 분극화가 점진적으로 발생하는 ‘나노 극성 도메인’이 형성된다. 연구팀은 이러한 나노 극성 도메인을 펄스화된 입력 전압의 크기, 극성 및 시간을 제어하여 기존 거대 분극화와 달리 입력신호의 이력에 따라 나노스케일의 도메인에 정보를 비휘발성으로 저장하여 학습 및 재구성이 가능한 ‘차분정전용량’ 출력을 얻는데 성공했다. 연구팀은 해당 소자를 이용, 낮은 소비전력으로도 데이터를 안정적으로 저장할 수 있음을 확인했다. 나아가 지능형 신호처리를 위한 머신러닝 모델에 대응, 누적 신호에 따라 학습기능 및 다치신호(multi-level signal)의 패턴 인식이 가능함 또한 확인했다. 더불어 이 소자를 통해 무선통신 신호(Wi-Fi)의 반사 신호를 학습시켜 실내 동체 감지 인식 기능을 구현, 특정 공간 내에서 자유롭게 이동하는 사람의 인원수를 구분하는 사물인터넷(IoT) 센서 지능형 동작을 구현하는 데 성공했다. 서형탁 교수는 “이번 연구는 이미 양산 공정에 적용되고 있는 범용 강유전성 소재를 기반으로 하고 있다”라며 “낮은 전력으로 데이터 학습과 분류 같은 머신러닝이 가능한 지능형 소자를 구현한 최초의 사례”라고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 주관하는 차세대지능형반도체기술개발사업(신개념기초)과 중견기초연구지원사업의 지원으로 수행되었으며, 특허 출원이 진행 중이다. 연구팀이 개발한 헤프늄-지르코늄 복합산화물(HfZrO: HZO) 지능형 신소자를 확대 촬영한 이미지. 실제 크기는 1m의 100만분의 1인 마이크로밀리미터(0.001mm) 수준이다. 이 소자를 이용하면 낮은 소비전력으로 데이터를 안정적으로 처리·학습할 수 있어, 인공지능(AI) 컴퓨팅 등에 활용이 가능할 전망이다.

[소식][2025.03.12.수] 수원시, 탄소중립 녹색성장 기본계획 수립위해 시민 의견 청취한다

수원시가 14일 수원화성박물관에서 제1차 탄소중립 녹색성장 기본계획 공청회를 열고 시민·전문가 의견을 듣는다. 참여를 원하는 시민은 13일까지 홍보물 내 QR코드에 연결된 웹페이지에서 신청하면 된다. 제1차 탄소중립 녹색성장 기본계획은 10개년 수원시 탄소중립 녹색성장 정책에 관한 중장기 정책 방향을 수립하는 것이다. 2030년까지 2018년 대비 온실가스 배출량 40%를 감축하는 것이 목표다. 수원시 탄소중립지원센터가 4월까지 수립할 기본계획은 △수원시 온실가스 배출 현황·전망 △2050 비전과 2030 중장기 감축목표 △2025년~2034년 부문·연도별 온실가스 감축 이행계획 △기후 위기 대응 기반 강화대책 △이행 점검 방안·환류체계 등으로 구성될 예정이다. 공청회는 제1차 탄소중립 녹색성장 기본계획에 대한 설명과 전문가 토론, 주민 의견 청취 등으로 진행된다. 공청회에서 강은하 탄소중립지원센터장은 수원시 탄소중립 녹색성장 기본계획안을 소개하고 수원시의 온실가스 배출 현황, 탄소중립 비전·목표, 감축 대책 등을 발표한다. 전문가 토론에서는 ‘수원시 중장기 온실가스 감축목표 및 시나리오 적정성’, ‘2050 탄소중립 실현을 위한 부문별 이행계획 추가 방안’ 등을 논의한다. 김정인 수원시 탄소중립 녹색성장위원회 위원장이 좌장을 맡고 박종아 수원지속가능발전협의회 사무국장, 박재현 아주대학교 탄소-제로 에너지센터 교수, 문현석 서울연구원 탄소중립지원센터장, 고재경 경기연구원 기후환경연구실장, 김성우 인천연구원 탄소중립지원센터장 등이 토론에 참여할 예정이다. 수원시 관계자는 “기후 위기에 대한 대응력을 강화하고 지속가능한 녹색성장을 할 수 있도록 시민 의견을 반영해 기본계획을 수립하겠다”며 “공청회에 많은 시민이 참여해 주시길 바란다”고 밝혔다. 출처 : 국회일보(http://www.assemblynews.co.kr)

[소식][2025.03.04.화] 황종국 교수팀, 몸값 높은 ‘리튬’대체할 보급형 배터리 음극재 개발

우리 학교 황종국 교수팀이 차세대 보급형 배터리용 음극재를 개발하는 데 성공했다. 스마트폰부터 전기차까지 널리 활용되고 있는 리튬 이온 배터리의 핵심인 ‘리튬’의 가격 변동성과 수급 불안정성을 극복할 수 있는 계기가 될 전망이다. 황종국 아주대 교수(화학공학과·에너지시스템학과, 위 사진)와 임은호 동국대 교수(화공생물공학과) 공동 연구팀은 메조다공 배향을 정밀하게 조절해 높은 출력과 긴 수명을 갖는 하드카본 음극재 개발에 성공했다고 밝혔다. 해당 연구 내용은 ‘나노 채널 배향을 통한 내부 접근성 조정으로 고속 칼륨 이온 저장이 가능한 메조다공성 탄소 구체(Tuning Internal Accessibility via Nanochannel Orientation of Mesoporous Carbon Spheres for High-Rate Potassium-Ion Storage in Hybrid Supercapacitors)’라는 제목으로 국제 저명 학술지 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)> 1월호 표지 논문(Front Cover)으로 게재됐다. 아주대 황종국·동국대 임은호 교수가 공동 교신저자로 참여했고, 박종윤 아주대 석박사 통합과정생(에너지시스템학과)이 제1저자로 함께 했다. 대표적 이차전지인 리튬 이온 배터리(Lithium-ion Battery)는 스마트폰, 노트북 같은 소형 전자기기부터 전기차와 대규모 에너지 저장 장치까지 다양한 분야에서 필수적인 에너지 저장 장치로 자리 잡고 있다. 이 같은 배터리 산업의 성장에 따라 핵심 소재인 리튬(Lithium)의 수요가 급증하면서, 리튬의 가격 변동성과 수급 불안정성 또한 심화되고 있다. 게다가 리튬의 매장지가 호주, 중국, 남미 등 특정 지역에 집중되어 있어 ‘하얀 석유’로 불리며 전략적 안보 자산으로 부각되고 있다. 이에 산업계와 학계에서는 리튬을 대체할 다른 배터리에 대한 연구를 활발히 진행하고 있으며, 나트륨 이온 배터리(Na-Ion battery)나 칼륨 이온 배터리(Potassium-ion battery) 등이 대체재로 떠오르고 있다. 특히 칼륨은 지구상에 풍부하게 존재하며, 리튬과 유사한 전기화학적 특성을 가지고 있다. 또한 가격이 저렴하고 채굴이 비교적 용이해 원료 수급이 안정적이다. 이러한 장점 덕분에 칼륨 이온 배터리는 지속 가능한 배터리 기술의 유망한 대안으로 평가받고 있다. 그러나 칼륨 이온(K⁺)의 크기(1.38 Å)는 리튬 이온(Li⁺, 0.76 Å)보다 약 1.8배 크기 때문에 칼륨 이온의 삽입(Insertion)과 탈리(Extraction)과정은 리튬 이온에 비해 약 6배 더 큰 부피 변화를 초래한다. 그 결과, 기존 리튬 이온 배터리에서 음극재로 사용되는 흑연을 똑같이 활용하는 경우 배터리의 수명과 안정성이 크게 저하되는 문제가 발생한다. 이에 흑연보다 저렴하면서도 높은 구조적 안정성과 오랜 수명을 갖춘 고체 형태의 탄소 하드카본(Hard Carbon)이 칼륨 이온 배터리의 음극재로 주목받고 있다. 그러나 하드카본은 제한적인 출력 특성과 낮은 이온 저장 용량이라는 태생적 한계를 가진다는 점이 문제로 남아 있다. 때문에 학계와 산업계에서 하드카본의 성능 향상을 위해 다공구조를 도입하는 방법이 널리 활용되어 왔다. 다공구조를 도입함으로써 이온 확산 경로가 개선되고 반응속도가 증가하며, 이온 저장 활성점의 농도가 향상되어 칼륨 이온의 저장 용량을 증가시킬 수 있다고 보고되어 온 것. 그러나 하드카본 음극재의 성능과 다공성 구조 간의 관계는 아직 명확히 규명되지 않았으며, 특히 나노 단위의 미세한 기공인 메조다공 하드카본 구조의 역할에 대한 통일된 이론은 부족한 상황이다. 기존 연구에서는 다공 구조뿐만 아니라 배터리 성능에 영향을 미치는 다양한 요인이 동시에 변화하여, 메조다공 구조가 음극재의 성능에 미치는 정확한 영향을 규명하는 데 어려움이 있었다. 때문에 이러한 연구의 공백을 해소하고 메조다공 구조의 역할을 명확히 밝히는 것은 중요한 연구 과제로 남아 있었다. 이에 아주대 공동 연구팀은 서로 다른 두 개 이상의 고분자를 물리적으로 혼합한 다성분계 고분자 블렌드의 자기조립(Self-assembly) 현상을 활용해 채널 타입 메조다공의 배향만이 선택적으로 조절된 2종의 모델 하드카본을 합성하고, 메조다공을 통한 칼륨 이온의 저장 및 이동 방식에 미치는 영향을 체계적으로 분석했다. 자기조립현상이란, 분자나 나노입자가 스스로 규칙적인 구조를 형성하는 과정을 말한다. 연구진이 개발한 음극재 소재. 개방형 메조다공성 구형탄소의 TEM 이미지와 입자의 기공 형태를 나타내는 그림 개략도(왼쪽). 폐쇄형 메조다공성 구형탄소의 TEM 이미지와 입자의 기공 형태를 나타내는 그림 개략도(오른쪽) 연구팀은 채널 타입 기공의 끝이 외부로 열린 개방형 메조다공성 하드카본과, 탄소벽 내부로 닫힌 폐쇄형 메조다공성 하드카본을 제조했다. 그리고 이 소재를 칼륨 이온 배터리의 음극재로 적용한 결과, 개방형 메조다공성 하드카본을 활용한 음극재가 폐쇄형 메조다공성 하드카본에 비해 약 30% 향상된 용량 및 출력 성능을 보임을 확인했다. 또한, 개방형 메조다공성 하드카본 음극재는 2만회의 충·방전 과정 이후에도 86%의 용량 유지율을 기록하며, 뛰어난 수명과 안정성을 입증했다. 연구팀은 메조다공 구조가 칼륨 이온 저장 활성점에 대한 접근성을 향상시켜 칼륨 이온 흡착 용량을 증가시키고, 칼륨 이온의 확산거리를 단축해 출력 특성을 개선함으로써 급속 충·방전 조건에서도 용량 감소 현상을 효과적으로 완화할 수 있음을 규명했다. 황종국 아주대 교수는 “이번 연구를 통해 그동안 미지의 영역으로 남겨져 있던 하드카본 음극재의 구조와 성능 간의 연관성을 독립적으로 분석할 수 있는 기틀을 마련했다”라며 “이번 성과는 칼륨 이온 배터리는 물론 나트륨 이온 배터리 같은 차세대 에너지 저장 소재 개발에도 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 전했다. 이어 “차세대 배터리에 활용될 고성능의 하드카본을 개발하기 위해서는 다공 구조가 음극재 성능에 미치는 영향을 명확히 이해하고, 이를 바탕으로 최적의 설계 원칙을 정립하는 것이 필수적”이라며 “이번 연구가 산업계의 하드카본 성능 최적화와 차세대 보급형 에너지 저장 기술의 발전에 중요한 역할을 할 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업과 한국전력공사의 지원을 받아 수행됐다. 아주대 공동 연구팀의 연구 내용이 실린 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)> 표지. 개방형 메조다공성 구형탄소(오른쪽)에서 이온의 이동성이 폐쇄형 메조다공성 구형탄소(왼쪽)에 비해 크게 향상된 모습을 보여준다. 이와 같은 이온 이동성의 증가는 칼륨 이온 배터리 음극재의 고출력·장수명 성능을 획기적으로 향상시키는데 기여한다(이미지 제공 Wiley-VCH)