건국대학교 김기출 교수 연구팀(화학공학과)이 식품첨가물로 널리 알려진 사카린 분자의 화학 구조를 활용해 차세대 리튬 및 나트륨 이온 배터리용 유기 양극 소재 개발에 성공했다. 이번 연구는 에너지 저장 및 배터리 분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘Small’(IF=12.1, JCR 상위 7%의 Q1 저널)에 2025년 7월 온라인 게재됐다.

유기 양극 소재는 환경친화적이며 희소금속 자원 제약이 없어 차세대 에너지 저장 장치의 핵심 소재로 주목받고 있지만, 낮은 레독스 활성도와 구조적 불안정성 등으로 상용화에는 한계가 있었다.

연구팀은 사카린 유도체의 레독스 활성 코어 구조를 대칭화하고 방향족 백본을 연장하는 한편, 다양한 기능기(functional group)를 도입해 통합 설계하는 방식으로, 기존 유기 전극에서는 관찰되기 어려운 ‘V자형’ 레독스 활성 변화 패턴을 구현해 냈다. 이 현상은 방향족 골격에서 나타나는 국소 유도 효과(local inductive effect)가 전자 전달을 촉진해 레독스 반응을 조절한 결과로 분석됐다. 이는 기존 퀴논계 유기 전극 소재와 달리, 충분히 확장된 고리형 구조가 전극의 사이클 안정성과 레독스 활성도를 동시에 높일 수 있음을 보여준다.

특히 이번 연구는 사카린 고유의 방향족 구조와 다중 리튬 활성 부위(O, S, N)를 활용해 고성능과 구조적 지속가능성을 동시에 확보할 수 있는 새로운 유기 전극 설계 가능성을 제시한 사례로 주목되며, 차세대 에너지 저장 장치 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 산업통상자원부 에너지 인력 양성사업의 지원을 받아 수행됐다.