서울대학교 공과대학은 기계공학부 김호영 교수 연구실의 석·박사통합과정 오찬영 학생이 지난 11월 30일부터 12월 5일까지 미국 보스턴에서 열린 2025년 미국재료학회(Materials Research Society, MRS)에서 최우수 포스터 상(Best Poster Award)을 수상했다고 밝혔다.
MRS는 재료 과학 및 공학 분야에서 세계 최대 규모이자 최고 권위를 가진 학회로, 매년 수만 명의 연구자가 참여해 50개 이상의 심포지엄이 열린다. 동시에 개최되는 포스터 세션에서는 전 세계에서 1000편이 넘는 연구가 제출돼 경합했으며, 오찬영 학생은 학술적 내용, 혁신성, 발표력에 대한 종합적인 평가를 거쳐 최종 6인에 선정됐다. 이는 약 0.6%에 불과한 높은 경쟁률을 뚫은 성과로, 연구의 독창성과 우수성이 국제적으로 인정받았음을 보여준다.
오찬영 학생은 이번 포스터 세션에서 ‘High-Aspect-Ratio Nanopatterned Aluminum Current Collectors for Conformal and Mechanically Interlocked Binder Networks in Lithium-ion Battery Electrodes’를 주제로 연구 결과를 발표했다.
이차전지 제조 과정에서 슬러리(Slurry) 건조 시 용매 증발로 인해 바인더가 증발 표면으로 쏠리는 ‘바인더 이동(Binder Migration)’ 현상은 전극 구성 물질의 불균질한 분포와 계면 접착력 저하를 초래해 전지 수명을 단축시키는 고질적인 문제로 지적돼 왔다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 아르곤(Ar) 이온빔 공정을 활용해 알루미늄·구리 등 금속 집전체 표면에 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 규모의 미세 패턴(Nanopattern)을 형성하는 기술을 개발했다. 고종횡비 구조와 높은 습윤성을 가진 이 미세 패턴은 건조 과정에서 바인더가 증발 표면으로 이동하는 것을 물리적으로 억제하는 ‘닻(Anchor)’ 역할을 수행한다.
그 결과, 기존 전극 대비 바인더 분포의 균일성이 크게 개선되고 전극-집전체 계면의 접착력이 크게 향상된 것으로 나타났다. 이러한 구조적 개선은 전극의 기계적 안정성 증가 및 충·방전 사이클 수명 향상으로 이어졌으며, 연구팀은 관련 메커니즘과 정량적 실험 결과를 제시해 심사위원들의 높은 평가를 받았다.
이번 연구는 단순한 금속 표면 가공을 넘어 새로운 금속 표면 개질 전략을 제시했다는 점에서도 의미가 크다. 연구 초기에는 고종횡비 나노구조가 반복 실험에서 쉽게 무너지거나 재현성이 낮은 문제가 있었으나 연구팀은 이를 해결하는 과정에서 이온빔 공정이 알루미늄의 결정 방향성에 민감하게 반응한다는 사실을 발견하며 연구의 핵심 성과를 도출했다.
김호영 서울대 교수는 “배터리 성능 향상은 전극 물질 자체만이 아니라 눈에 보이지 않는 계면에서 시작될 수 있다는 점이 중요하다”며 “이번 연구는 미세 구조 제어가 실제 전지 성능과 안정성 향상으로 이어질 수 있음을 실험적으로 입증했다는 점에서 학문적·산업적 의미가 크다”고 평가했다.
김호영 서울대 교수와 문명운 KIST 박사의 공동지도를 받고 있는 오찬영 학생은 “국제적으로 저명한 학회에서 연구를 인정받아 매우 영광스럽다”며 “연구 과정에서 아낌없는 지도를 해주신 교수님들과 고생한 연구실 동료들에게 깊이 감사드린다”고 소감을 전했다.
이번 연구 성과는 차세대 에너지 저장장치의 핵심인 고성능 이차전지 제조 공정의 효율성과 신뢰성 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다.
