“차세대 ‘2차전지’ 세계로 초대합니다”
휴대폰, 태블릿PC, 노트북, 현대인의 생활에서 빼놓을 수 없는 기기에는 2차전지가 들어간다. 수요가 많은 만큼 다양한 연구가 진행되고 있다. 더 작고 가볍게 만들 수는 없을까? 한번 충전으로 오랫동안 사용할 수 없을까? 가격경쟁력을 더 갖출 순 없을까? 더 안전할 수 없을까? 등이 연구아이디어가 된다. 이 모든 아이디어가 집약된다면 차세대 2차전지가 탄생한다. 차세대 2차전지 신진연구자 강원대 김현경 교수는 전기화학의 옷을 입은 재료공학자다.
재료공학자가 전기화학을 만났을 때
“학생들과 좋은 추억을 만들 기회가 될 것 같아요”라며 흔쾌히 인터뷰에 응한 김현경 교수는 올해 2년 차의 신진연구자다. 2020년 3월 코로나 팬데믹에 교수로 임용돼 기뻐할새 없이 비대면 수업 준비로 바쁜 시간을 보냈다. 학생들을 만날 기회도 적고, 낯선 환경에서 학교적응이 막막한 김현경 교수에게 손을 내밀어준 건, 학부 연구생들이었다. “이제 갓 부임한 신임교수의 연구실임에도 불구하고, 2차전지에 관심을 두고 적극적으로 연구에 임해준 학생들이 있었기에 행복하게 연구실을 꾸릴 수 있었습니다. 학부 연구생으로 들어와 이제는 석사과정을 밟고 있는 저희 대학원생들에게 정말 고맙다는 말을 전하고 싶습니다”라며 애정이 듬뿍 담긴 인터뷰 소감을 전한 김현경 교수다.
김현경 교수는 학사, 석사, 박사 과정 모두 재료공학을 전공했고, 영국 케임브리지 대학교에서 박사후연구원으로 전기화학 분야 연구를 진행했다. 대다수의 박사후연구원들은 응용연구를 하는 경우가 많지만, 김 교수는 기초연구인 전기화학을 심화하는 쪽을 택했고, 역사와 전통이 깊은 케임브리지대학교를 거치며 전기화학의 응용 분야인 2차전지 연구에 깊이를 더했다. “대학원 진학 시점에 사회적으로 화석연료 고갈문제, 환경오염 문제가 대두되면서 에너지저장(2차전지) 분야에 관심이 생겼습니다. 학위과정부터 현재까지 다양한 에너지저장장치의 핵심 소재를 연구할 기회를 접할 수 있었고, 저의 연구 결과물들이 실제로 소재 내에 적용되는 경험을 하며 2차전지 연구에 더욱 심취했던 것 같습니다” 김 교수는 현재 전기화학응용연구실을 꾸려 전고체전지, 리튬-황전지 전극 소재와 고출력 저장장치로 각광 받는 슈퍼커패시터 전극 소재 및 전해질 연구 등 다양한 차세대 2차전지 소재를 설계, 분석, 응용하는 연구를 진행하고 있다.
2차전지에 안전성 더해줄 전고체전지 신소재연구
2차전지 대표인 리튬이온전지는 에너지 밀도 측면에서 가장 우수하여 스마트폰, 태블릿PC, 노트북 등 휴대용 IT기기 전원으로 사용되며, 전기자동차까지 적용 범위가 확대되고 있다. 하지만 안전성 문제가 발목을 잡는다. 대표적인 안전성 문제가 발화인데, 이를 해결할 방안으로 전고체전지 연구가 주목받고 있다. 김현경 교수는 학생들과 함께 만든 연구 아이디어로 전고체전지 관련 포스코사이언스펠로(전고체전지용 고체 전해질 및 복합 양극 소재연구)에 선정됐다고 밝혔다. “2차전지의 성능을 향상하기 위해 전극 소재 열화 현상과 전극 소재/전해질 계면반응에 대해 원론적 질문을 도출하고, 이를 풀어내는 연구를 계속 진행해왔습니다. 이 가운데 2차전지의 한계성 중 특히 안전성을 극복할 수 있는 아이디어를 도출했고, 관련 연구를 진행할 예정입니다. 이번 과제를 계기로 전고체전지 분야 원천소재개발에 큰 힘을 쏟을 수 있을 것 같습니다” 전고체전지는 말 그대로 내부가 모두 고체로 된 전지로, 전기화학반응이 잘 일어나는 액체 전해질 대신 이온전도도가 낮은 고체 전해질을 사용해야 해서, 소재에 대한 이해 없이는 연구 진행이 힘들다. 2차전지 관련 다양한 소재를 접한 김현경 교수는 전고체전지에 사용될 신소재 개발 계획을 밝히며 설레는 마음을 드러냈다.
“세상을 바꾸는 연구에 1%라도 도움이 되길”
김현경 교수는 “2차전지는 기본적으로 전기화학적 에너지저장이라는 메커니즘에서 벗어나지 않기 때문에 기본에 충실한 연구를 진행한다면, 에너지저장장치 분야, 더 나아가서 우리나라 과학 기술 발전에 조금이나마 보탬이 될 수 있지 않을까 생각하고 있습니다. 제가 세상을 바꿀 연구를 하기는 힘들겠지만, 세상을 바꾸는 연구에 1%라도 도움이 될 수 있는 연구를 하고 싶습니다”라며 “학생들에게도 많은 사람이 주목할 수 있는 연구뿐만 아니라, 그 분야 발전에 조금이라도 이바지할 수 있거나 올바른 방향성을 제시하는 연구도 매우 중요 하다고 강조합니다”라고 덧붙였다. 김현경 교수는 교수로서 학생들 가이드 역할을 하면서 오히려 학생들에게 자신이 더 많이 배운다며, 서로에게 시너지가 되는 연구그룹을 만들고 싶다는 바람을 밝혔다. 침착한 말투, 겸손하고 선한 표정으로 인터뷰에 응한 김현경 교수. 그녀만이 가지고 있는 연구에너지로 어디서든 빛이 나는 연구자가 되길 바라본다.
[이슈메이커=임성희 기자]
