[인터뷰] 미국재료공학회와 글로벌 학술출판사의 인정을 받다

-이민아 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 선임연구원-

▲KIST 에너지저장연구단 연구실에서 만난 이민아 선임연구원.

| 리튬이온전지의 한계를 극복하는 연구

“현재 많이 사용되는 리튬이온전지의 한계(안정성, 수명, 가격)를 극복하고자

배터리에 쓰이는 유기소재를 개선하는 것이 중요합니다.

이를 위해 신규 기능성 소재와 공정 기술을 개발하고 있어요.”

한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단에서 차세대 이차전지용 유기소재를 연구하고 있는 이민아 선임연구원의 설명이다. 이 연구원은 한국과학기술원(KAIST)에서 박사 학위를 받았고, 미국 스탠퍼드대에서 박사후연구원(포닥)으로 근무했다. 박사 학위 과정과 포닥 시절에는 생체 에너지저장시스템을 모방해 좀 더 친환경적이고 값싼 새로운 전극 소재를 개발하는 연구를 주로 했다. 이 연구원은 플라빈, 퀴논처럼 생명체에서 실제 에너지 변환을 담당하는 산화 환원 소재를 이차전지에 적용해 이들의 에너지 저장 메커니즘을 분석하고 배터리 전극 소재로 적합하도록 소재의 화학적, 물리적 특성을 제어하는 연구를 했다. 그 결과 ‘네이처 에너지’, ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 등에 많은 논문을 게재했다.

이 연구원은 “KIST에 와서는 산업계의 현안을 해결할 수 있는 기술을 개발하고 싶어 현재 리튬이온전지에 적용이 가능한 기술에도 관심을 많이 두고 있다”며 “불이 나지 않는 액체 전해질, 전극을 안정적으로 구동하기 위한 유기 보호막 등을 개발하고 있으며, 사전리튬화 공정이나 중대형 전지 재활용 기술도 연구하고 있다”고 밝혔다. 리튬이온전지에서는 리튬이온이 양극과 음극에 반복적으로 저장되는 반응이 일어나는데, 원치 않는 부반응으로 리튬이온의 수가 줄며 전지의 성능이 떨어진다. 리튬이온전지에서 생기는 리튬이온 손실을 보상할 수 있는 기술이 바로 사전리튬화 기술이다. 이 연구원은 지난해 7월 유기분자 용액을 활용한 사전리튬화 기술을 개발한 바 있다. 

| 미국 스탠퍼드대에 포닥으로 가다! 그 비결은?

2019년 이 연구원은 글로벌 학술출판사인 미국 와일리(Wiley)로부터 ‘Wiley 젊은 연구자상’을 받았다. 이는 아시아태평양 지역에서 35세 미만의 재료과학자 가운데 3명을 선정해 주는 상이다. 이 연구원은 “당시에 한국, 중국, 일본에서 1명씩 수상했다”며 자신의 수상 이유에 대해 “박사, 포닥 때 친환경 전극 소재 발굴, 전기화학적 구동 메커니즘 파악, 배터리에 작용할 수 있도록 개선하는 기술 개발 등 7~8년간의 연구성과를 종합적으로 평가한 결과였다”고 설명했다.

사실 이 연구원은 미국 스탠퍼드에서 포닥으로 연구하던 시절에 ‘더 기억에 남는 상’을 받았다. 미국재료공학회(MRS)에서는 매회 전 세계 재료공학 분야의 포닥 중에서 2명을 선발해 상을 주는데, 이 연구원은 2018년 ‘MRS 포닥상’을 받았다. 그녀는 “당시 전 세계적 상을 받았다는 것이 믿기지 않기도 했지만, 나름대로 의미 있는 일을 한 것 같아 기뻤다”고 소감을 밝혔다. 

▲이민아 연구원이 받은 상. 왼쪽부터 와일리 젊은 연구자상, 미국재료공학회(MRS) 포닥상, KIST 영 펠로.

그녀는 2015~2018년 스탠퍼드대 제난 바오(Zhenan Bao) 교수 연구실에서 포닥으로 근무했는데, 이 경험은 그녀에게 특별했다. 학위 과정에서 바이오 모방 소재 위주로 이차전지 연구를 진행했다면, 포닥 과정에서는 유기 소재 전반으로 분야를 확장했다고 할 수 있다. 이 연구원은 “바오 교수 연구실은 유기소재의 구조와 기능의 상관관계를 다양한 응용 분야에 걸쳐 연구하는 상당히 큰 랩”이라며 “반도체 유기분자, 자기치유 고분자, 금속유기골격체(Metal-Organic Framework, MOF)처럼 이차전지에 응용할 수 있는 다양한 신규소재를 탐색할 기회가 있었다”고 말했다. 그녀는 3년 정도 일하면서 이런 신규소재를 활용해 차세대 신규 전극소재와 고효율 전해질을 개발했다.

어떻게 그녀가 바오 교수 연구실로 포닥을 갈 수 있었을까. 이 연구원은 “굉장히 운이 좋았다”고 말했지만, 나름대로 열심히 노력했다. 자신이 전공했던 유기소재를 에너지시스템에 적용하는 교수를 전 세계적으로 찾았는데, 바오 교수를 발견하고는 자신의 이력서(CV), 연구내용을 담은 슬라이드를 패키지로 묶어서 공식적 형식의 메일로 굉장히 성실하게 작성해 보냈다. 이 연구원은 “당시에 조만간 미국 샌프란시스코에서 열릴 MRS 학회에서 중간에 잠깐 만나줄 수 있겠냐는 요청도 포함시켰다”며 “다행히 바오 교수로부터 바로 답장을 받았고, 실제로 학회에서 만나 설명할 기회를 가질 수 있었다”고 밝혔다. 특히 바오 교수가 유기물을 이차전지에 적용한다는 이 연구원의 연구 분야를 마음에 들어 했다.

이 연구원은 포닥 때 다양성과 자율성을 경험할 수 있었다. 바오 교수의 랩은 구성원들의 국적, 성별, 전공, 연구분야 등 배경이 매우 다양했다. 이 연구원은 “이렇게 다양한 구성원이 모여 있으니 대화가 지루할 틈이 없었고 새로운 아이디어를 내며 융합 연구를 하기에 유리하다고 느꼈다”고 설명했다. 바오 교수 랩에서 교수와 학생의 관계, 구성원 간의 분위기도 굉장히 자유로웠다. 이 연구원은 자유롭다 보니 오히려 스스로 동기부여가 돼서 열심히 하는 분위기였고, 이 점이 즐겁게 일하는 조직문화의 근간이 될 수 있다고 느꼈다.

▲미국 스탠퍼드대 포닥 시절에 제난 바오 지도교수와 함께. 손에는 MRS 포닥상이 들려 있다. ⓒ 이민아

| 대학교나 기업 대신 정부출연연구기관을 선택하다

초등학교 때 그녀는 자기 생각을 글로 표현하는 직업을 갖고 싶었다. 지금 하는 일이 결국 기술을 개발해 논문으로 발표하는 일이니, 그리 멀지는 않아 보인다. 또 어떤 현상을 논리적으로 설명한다는 점에서 물리나 화학을 좋아해 과학고로 진학했다. 과학고에서도 문과적 성향이 강했던 그녀는 좋은 아이디어를 개발하고 논리적으로 동료를 설득하는 것을 잘했다. 이 연구원은 “연구는 기술 개발도 중요하지만 기술을 잘 설명하는 일도 그만큼 중요하다”며 “글을 쓰고 발표하는 일이 지금 하는 일에서 매우 큰 비중을 차지한다”고 설명했다. 더구나 국제 저널에 논문을 쓰거나 포닥 생활을 할 때 또는 해외 학회에 참석할 때 영어로 글을 쓰거나 발표하는 것도 중요하다. 그녀는 KAIST에서 공부할 때부터 영어로 강의 듣고 발표하고 세미나를 한 경험이 크게 도움 됐다고 밝혔다.

그녀가 대학교나 기업이 아니라 정부출연연구기관을 선택한 계기는 무엇일까. 이 연구원은 “사회적 난제 해결과 성장 동력 확보를 목표로 한다는 점에서 과학자로서 높은 사명감을 갖고 일하는 것이 장점”이라며 “KIST는 정부출연연구기관 중에서 유일한 종합연구소이자 기초연구를 하는 조직이므로, 원천 연구와 융합 연구에 관심이 많아 가장 적합한 곳이라고 느꼈다”고 답했다. KIST를 선택한 데는 과학고, KAIST를 거치며 국가에서 받은 혜택만큼 국가에 기여하고 싶다는 생각도 강했다.

▲2020년 사전리튬화 기술을 연구해 국제학술지 ‘앙게반테 케미’ 표지논문으로 발표했을 때

함께한 KIST 연구원들. ⓒ 이민아

여성 과학기술인으로서 어려운 점은 없었을까. 이 연구원은 “아직 이차전지 분야에서 교수, 연구원 등 연구책임자로 활동하는 여성의 비중이 낮은 점은 좀 아쉽다”며 “남녀의 문제라기보다 다양한 구성원이 여러 가지 생각을 공유할 때 건강하고 긍정적인 문화가 생긴다는 점에서 접근하면 좋겠다”고 밝혔다. 그녀는 또한 “최근 여러 방면에서 여성의 참여를 적극적으로 독려하는 문화가 생겨나고 있어서 다행이라고 생각한다”며 “여성 과학기술인이 좀 더 편안하게 소통하고 적극적으로 의견을 표현하며 도전적인 자세를 가지면 좋을 것”이라고 덧붙였다.

앞으로의 연구 방향에 대해 이 연구원은 “친환경 전극 소재를 적용한 배터리가 차세대 이차전지 중 하나”라며 “기능성 유기소재를 상용 이차전지에 적용하고 싶다”고 설명했다. 그녀는 또 “계속 새로운 주제에 도전하면서 즐겁게 연구하고 싶다”며 “이래야 한다기보다 이래도 된다는 식의 새로운 롤모델로 연구자의 다양성을 높이는 데 역할을 하고 싶다”고 말했다.

글_이충환 동아에스앤씨 편집위원

사진_남덕우