백서인 교수 연구팀이 서울대학교 박원철 교수, 고려대학교 유승호 교수 연구팀과 공동 연구를 통하여 질소와 황이 도핑된 계단식 단면 구조의 그래핀 나노리본 (NS-sGNR)을 포타슘이온 전지의 음극재로 사용했을 때 높은 성능과 수명 향상을 확인하고, 계산화학을 통하여 그 원인을 규명하였다.

NS-sGNR은 다중벽 탄소 나노 튜브(MWCNT)를 전기화학적으로 절개한 후에 질소와 황을 동시에 도핑시켜 합성한 소재로 계단식 단면 구조를 갖고 질소와 황이 곳곳에 도핑되어 있는 것이 특징이다. 이러한 구조적인 특징에 의해 본 소재는 포타슘이온을 받아들이는 속도가 빨라 음극재로서 우수한 성능을 보였다.

공동 제1저자로 참여한 본교 화공생명공학과 정현동 연구원 (석사과정, 지도교수: 백서인)은 밀도범함수이론 계산 (Density Functional Theory Calculations)을 통해 계단식 단면 구조와 헤테로원자 도핑이 이온의 이동 배리어를 낮춰주고 이온과 소재간의 흡착을 강화시켜 전지의 성능을 향상시켰음을 이론적으로 확인하였다.

연구 결과는 재료 분야의 국제 학술지인 Energy Storage Materials (Impact Factor: 17.789, JCR 상위 5.09 %)에 게재되었다.

연구실 홈페이지: https://www.seoinback.com/ 

논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.03.041