[ 연구실 ] 김보혜 교수팀, 고엔트로피 하이브리드 구조 탄소나노섬유 복합소재 개발
고엔트로피 하이브리드 구조 탄소나노섬유 복합소재 개발
- 전도성·안정성·고용량 삼박자 갖춘 탄소나노섬유 복합소재 개발
- 학부생이 이끈 연구, 세계적 저널 Carbon 게재 쾌거
고엔트로피 금속·금속산화물 하이브리드 구조체를 활용한 탄소 기반 에너지 저장 소재 연구가 세계적 권위의 학술지 'Carbon'에 게재되며 학계의 주목을 받고 있다.
주저자인 사범대학 화학교육과 4학년 김다연 학생(지도교수 김보혜)은 ‘Multifunctional High Entropy Metal/Metal Oxide Hybrid Nanostructures-Embedded Carbon Nanofiber Composites for Electrochemical Energy Storage’라는 제목의 논문을 통해, 전기화학 에너지 저장장치(Energy Storage Systems, ESS)용 차세대 전극소재를 개발하는 데 성공했다.
이번 연구는 전기전도성 탄소나노섬유(Carbon Nanofiber, CNF) 내부에 고엔트로피 금속 및 금속산화물 하이브리드 나노구조체를 내포시키는 방식으로, 기존 전극 소재의 한계로 지적되어 온 낮은 안정성과 용량 저하 문제를 효과적으로 해결했다.
고엔트로피 합금 및 산화물(High Entropy Metal/Metal Oxide)은 다양한 금속 원소를 포함함으로써 조성 엔트로피를 극대화한 물질로, 우수한 열적·화학적 안정성과 구조적 내구성을 동시에 갖는 것이 특징이다.
연구진은 이러한 고엔트로피 합금 및 산화물 입자를 전도성이 뛰어난 탄소나노섬유 매트릭스에 정교하게 삽입함으로써, 금속 산화물의 고용량 특성과 탄소기반 구조체의 전기전도성을 동시에 확보했다.
이번 연구는 고엔트로피 구조체의 도입이 전극 내부 전하 전달 효율 향상과 전극 내 구조 붕괴 억제에 기여함을 실험적으로 증명함으로써, 고엔트로피 재료가 차세대 에너지 저장 소재 개발에 있어 핵심 전략이 될 수 있음을 제시했다.
김보혜 교수는 “이번 성과는 김다연 학부생이 주도한 연구로, 소재 설계와 공정 기술, 전기화학적 분석을 융합한 결과”라며 “고엔트로피 구조체와 탄소기반 소재를 결합한 이번 전략은 고출력·고안정성 에너지 저장장치 개발에 있어 매우 유의미한 이정표가 될 것”이라고 말했다.
한편, 해당 논문은 Elsevier에서 발행하는 Carbon 저널(Impact Factor 10.5)에 2025년 5월자로 정식 게재되었으며, 고엔트로피 재료의 에너지저장장치 응용 분야에서 주목받는 연구로 평가받고 있다.
