본 학과의 김병현 교수님과 연구실 소속 문채현 학생이 참여한 공동 연구팀(공동 교신저자: KAIST 김범준 교수, KIST 이영준 박사)의 성과가 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal (IF: 13.2, JCR 상위 3%)’에 게재되었습니다.

이번 연구에서는 수계 아연(Zn) 이온 전지에서의 Zn 덴드라이트 형성과 낮은 가역성 문제를 해결하기 위해, 3D 채널 구조를 가진 다공성 탄소 호스트에 코발트(Co) 나노 입자를 도입한 Zn 호스트(CPC-Co)를 제안했습니다. CPC-Co는 실험적으로 Zn 도금/박리에서 평균 쿨롬 효율(CE) 99.1%를 장기간 유지했으며, 풀셀(Zn@CPC-Co || V₂O₅)에서도 1 A g^-1 조건에서 6000사이클 이후 95 mAh g^-1 수준의 용량을 유지하며 장수명 성능을 보였습니다.

특히 김병현 교수 연구팀은 밀도 범함수 이론(DFT) 계산을 통해 세 가지 금속 나노 입자(Ag/Sn/Co) 표면에 대한 Zn 흡착 에너지 계산 및 전자구조 분석을 통해, Co 나노입자 표면에서 Zn의 흡착이 유리하게 일어나고 균일 핵생성이 촉진된다는 점을 규명했습니다. 이를 바탕으로 Co 나노입자가 Zn 이온의 국부적 성장(덴드라이트)을 완화하여 수계 Zn 이온전지의 안정성 향상에 대한 이론적 뒷받침을 제시했습니다.

본 연구는 3D 구조 설계와 Co 나노입자 도입을 통해 Zn 석출 거동을 안정화하고, 실험 결과를 DFT 분석으로 뒷받침함으로써 수계 Zn 이온전지에서 Zn 음극 안정화 설계 방향을 제시한 점에서 큰 의미를 가집니다.

논문명: 3D channeled porous carbon hosts with cobalt nanoparticle-induced zincophilicity for stable zinc anodes
게재지: Chemical Engineering Journal (2026년 1월 출판)
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.172613