KAIST, 시뮬레이션 설계 개발
KAIST 제공
국내 연구진이 배터리 소재, 에너지 전환 촉매 소재 등 차세대 기능성 소재를 보다 정확하게 설계할 수 있는 시뮬레이션 기술을 개발했다.
KAIST는 김형준 교수(화학과)팀이 소재 물성의 예측 오차율을 10% 이내로 줄여 정확도를 한층 높일 수 있는 '소재 시뮬레이션 설계 기술'을 개발했다고 29일 밝혔다.
소재 시뮬레이션 기술은 실제 소재를 합성하고, 평가하기 전에 가상 실험으로 다양한 소재 물성을 예측·설계하는 기술로, 주로 '밀도범함수 이론'에 바탕을 두고 있다. 밀도범함수 이론은 물질이나 분자 내부에 전자가 들어있는 모양과 그 에너지를 양자역학으로 계산하기 위한 것으로, 월터 콘 교수가 개발해 1998년 노벨화학상을 수상했다.
하지만, 밀도범함수 이론은 반데르발스 힘을 정확하게 설명하지 못하는 한계가 있다. 반데르발스 힘은 전하의 일시적 쏠림으로 분자가 순간적으로 극성을 띠면서 나타나는 당기는 힘인데, 이를 정확히 기술하지 못해 소재 물성 예측 정확도가 떨어진다.
연구팀은 반데르발스 힘을 정확하고 효과적으로 설명할 수 있는 새로운 이론을 개발, 이를 밀도범함수 이론에 접목해 소재 시뮬레이션 기술의 정확도를 높이는 데 성공했다. 연구팀은 100여 종의 다양한 소재를 테스트한 결과, 기존 40%에 달했던 오차율이 10% 이내로 줄어든 것으로 확인했다. 또한 이 시뮬레이션 기술을 리튬 이온 배터리 물질의 전압이나 2차원 소재 박리 에너지 예측 등에 적용해 높은 정확도를 달성했다.
김형준 KAIST 교수는 "소재 시뮬레이션 설계 기술은 앞으로 배터리 소재, 전자 소재, 촉매 소재 등 다양한 기능성 소재 설계에 널리 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '미국 화학회지(지난 10일자)' 온라인판에 실렸으며, 김민호 박사와 김원준 창원대 교수가 공동 1저자로 연구에 참여했다.
이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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