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김지혜 학생, “2025년도 이공분야 석사과정생 연구장려금 지원사업” 선정

2025-09-11

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- 가톨릭대학교 바이오메디컬화학공학과 강민호 교수 연구팀 소속 김지혜 석사과정생 “2025년도 이공분야 석사과정생 연구장려금 지원사업” 선정

- “리튬 이온 배터리 전기 전도성 및 구조적 안정성 향상을 위한 난황 구조 실리콘 음극재의 그래핀 양자점 표면 개질화” 연구 수행


가톨릭대학교 바이오메디컬화학공학과 강민호 교수 연구팀 소속 김지혜 석사과정생이 한국연구재단이 주관하는 “2025년도 석사과정생 연구장려금 지원사업”에 최종 선정됐다.

이번 사업은 교육부와 한국연구재단이 함께 추진하는 ‘이공분야 학문 후속세대 지원 사업’의 하나로, 석사과정생이 학위 논문과 연계된 창의적이고 도전적인 연구를 수행할 수 있도록 연구비를 지원하는 제도다.

김지혜 석사과정생은 이번 사업에서 “리튬 이온 배터리 전기 전도성 및 구조적 안정성 향상을 위한 난황 구조 실리콘 음극재의 그래핀 양자점 표면 개질화” 연구를 수행하며, 내년 8월까지 1년간 총 1200만 원의 연구장려금을 지원받는다.


리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 수명으로 인해 다양한 전자기기와 전기차 등 차세대 에너지 저장 시스템의 핵심 요소로 주목받고 있다. 그러나 현재 상용 음극재로 사용되는 흑연은 이론용량(372 mAh/g)의 한계로 인해, 차세대 고용량 음극재로의 전환이 요구되고 있다.

실리콘(Si)이 유망한 대체 소재로 평가받고 있지만, 충·방전 과정에서 발생하는 큰 부피 팽창(최대 300%)으로 인해 전극의 구조적 붕괴와 전기 전도성 저하라는 치명적인 문제가 존재한다.


본 연구에서는 이러한 실리콘 음극재의 한계를 극복하고자, 내부가 비어 있는 난황 구조의 실리콘에 그래핀 양자점(Graphene Quantum Dot, GQD)을 표면 개질 소재로 적용하는 전략을 제안한다. GQD는 뛰어난 전기 전도성과 높은 표면활성을 지녀, 실리콘 입자와의 계면 접착력 향상 및 전자 전달 경로 확보에 기여할 수 있으며, 나아가 전극의 기계적 안정성 또한 제고할 수 있다.


이번 연구를 통해 개발될 실리콘 기반 복합 음극재는 차세대 고용량 리튬 이온 배터리의 상용화를 앞당기고, 에너지 저장 장치의 성능 향상 및 수명 증대에 기여하는 핵심 소재로 자리매김할 것으로 전망된다.


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