연구 추가설명

논문명/저널	Nanometric Water Channels in Water-in-Salt Lithium Ion Battery Electrolyte / Journal of American Chemical Society
저자정보	Joonhyung Lim, Kwanghee Park, Hochan Lee, Jungyu Kim, Kyungwon Kwak & Minhaeng Cho
연구내용 보충설명	본 연구는 최신 초고속 분광법인 적외선 들뜸-탐침 분광기와 이차원 적외선 분광기를 활용해 수용성 전해질 내부 환경에서 물의 초고속 동역학과 수소결합을 성공적으로 관측했다. 초고농도 수용성 전해질에서 일어나는 빠른 리튬 양이온 수송에서 물이 수송에 방해가 되는 음이온과의 정전기적 상호작용을 막는 동시에 리튬 양이온을 빠르게 수송할 수 있는 일종의 전선 역할을 수행함을 입증했다.
기타사항	[연구 배경] 리튬 이차전지 내부에서 전해질은 양극과 음극 사이에 놓여 리튬 양이온의 이동을 돕는다. 다양한 유기용매와 전해질 염을 이용해 최적화된 전해질을 개발하는 노력이 진행돼 왔으나, 유기용매를 기반으로 했기에 환경 유해성과 안정성 문제에 대한 우려가 커지고 있다. 최근 관심을 받는 대체재로, 고농도의 리튬염을 물에 녹인 전해질이 있다. 위 수용성 전해질의 전기화학적 특성들에 관한 후속연구들이 진행되고 있지만, 빠른 리튬이온 수송 과정에 관한 연구 및 사용 가능한 새로운 리튬염에 관한 연구 결과는 미흡하다. 또한, 용매로써 사용된 물이 리튬이온 수송에 어떤 역할을 하는지도 명확하지 않다. 이에 전해질 내 물의 구조와 초고속 동역학을 연구함으로써 위 질문들에 대답하고자 했다. [어려웠던 점] 물의 수소결합은 수 피코초 수준에서 생성과 분리를 수행하는 가장 빠른 동력학을 가지고 있어서 펨토초 수준의 시분해능을 확보하여야만 정확한 관찰이 가능하다. 시분해능을 펨토초 수준에서 유지하기 위하여 레이저 시스템과 초고속 분광기의 안정화와 외부에서 발생하는 진동을 제거에 어려움이 있었다. [성과 차별점] 본 연구는 이차원 적외선 분광기의 펨토초에 달하는 시간 분해능과 주변 환경에 민감한 물의 진동 모드를 이용하여 수용성 리튬 이차전지 전해질에서 물이 어떤 역할을 하는지를 규명하였다. 물이 음이온과 강한 상호작용을 형성하기에 생기는 윤활층과 리튬이온의 수송을 용이하게 하는 순수한 물 층을 직접 관측하는데 성공하였다. 전해질의 성질을 거시적인 관점에서 연구하던 기존의 방법에서 벗어나 전해질을 구성하는 분자들의 미시적인 구조와 전해질의 성능 사이의 관계를 규명하여, 거시적인 측정에서 해결할 수 없었던 문제를 해결하였고, 분자 수준에서의 관측이 중요함을 입증했다. [향후 연구계획] 향후 실제 전지 상황과 유사하게 고전압 하에서 전해질의 특성을 연구함으로써 실제로 리튬 양이온이 어떻게 수송되는지, 이 때 물이 어떠한 역할을 수행하는 지를 연구할 계획이다.

연구자 이력사항

<조민행 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 연구단장> [교신저자]

1. 인적사항

○ 소 속 : IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단

고려대학교 화학과

○ 전 화 : 02-3290-3133

○ e-mail : mcho@korea.ac.kr

2. 학력

○ 1983~1987  서울대학교 화학과 학사

○ 1987~1989  서울대학교 화학과 석사

○ 1989~1993  University of Chicago 물리화학 박사

3. 경력사항

○ 1994.01 - 1996.02  Massachusetts Institute of Technology 연구원

○ 2004.03 - 2004.08  University of California 방문교수

○ 1996.03 - 현재  고려대학교 이과대학 화학과 교수

○ 2014.12 - 현재  IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 연구단장

○ 2007 - 현재 Editorial Advisory Board, Chem. Phys.

○ 2015 - 2017 Editorial Advisory Board, J. Chem. Phys.

4. 전문 분야 정보

○ 2005년 Nature에 발표한 논문, 당시 미국화학회 ‘올해의 연구’ 선정

○ 2006년 ‘Molecular Motion Picture’ 촬영이 가능함을 Nature에 보고

○ 2009년 Nature 논문 발표

○ 2009년 저서 출판 “Two-Dimensional Optical Spectroscopy (CRC Press, New York)”

○ 2002년 세계 최초로 다차원 분광학 국제학술회의(International Conference on Multidimensional Spectroscopy)를 대한민국에서 개최.

○ 2018년 제 9회 CMDS 학회 개최.

<곽경원 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 연구위원> [교신저자]

1. 인적사항

○ 소 속 : IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단,

고려대학교 화학과

○ 전 화 : 02-3290-3128

○ e-mail : kkwak@korea.ac.kr

2. 학력

○ 1992 - 1999  고려대학교 화학과 학사

○ 1999 - 2001  고려대학교 화학과 석사

○ 2003 - 2008  Stanford University 물리화학 박사

3. 경력사항

○ 2008.09 - 2010.12  University of California, Berkeley 연구원

○ 2011.03 - 2015.02  중앙대학교 자연과학대학 화학과 부교수

○ 2015.03 – 현재     고려대학교 이과대학 화학과 부교수

4. 전문 분야 정보

○ 2005년 Science 논문 발표

○ 2006년 Science 논문 발표

○ 2011년 Nature 논문 발표

<임준형 고려대학교 화학과 박사과정> [제1저자]

1. 인적사항

○ 소 속 : 고려대학교 화학과

○ e-mail : kmno0831@korea.ac.kr

2. 학력

○ 2009 - 2012  학사, 고려대학교 화학과

○ 2013 - 2014  석사, 고려대학교 화학과

○ 2015 - 현재  박사, 고려대학교 화학과