전남대 학부생 김광식 군, 세계적 학술지 Advanced Science 단독 제1저자 논문 게재

AI 기반 분자시뮬레이션으로 차세대 리튬금속전지 계면 설계 방향 제시

연구 수련 포함 약 1년 만의 성과… 학부생 주도 연구역량 입증

전남대학교 공과대학 기계공학부 김광식 군이 세계적 권위의 국제학술지 Advanced Science(Wiley, Impact Factor 14.1, JCR 상위 8.1%)에 단독 제1저자로 리뷰 논문을 게재하는 성과를 거두었다.

이번 논문은 2026년 6월 23일 온라인 게재되었으며, 논문 제목은 “Redefining LiF as a Nanostructured Building Block for Interphase Engineering in Lithium Metal Batteries”이다.

연구에서는 차세대 리튬 기반 이차전지의 핵심 계면인 고체전해질계면층(SEI, Solid Electrolyte Interphase)의 형성 메커니즘을 체계적으로 분석하고, LiF(Lithium Fluoride)를 단순한 계면 생성물이 아닌 능동적인 나노구조 빌딩블록으로 재해석하여 차세대 리튬금속전지의 계면 설계 전략을 새롭게 제안하였다. 특히 인공지능 기반 분자시뮬레이션을 활용하여 기존 실험만으로는 확인하기 어려운 원자 수준의 계면 형성 과정을 분석하고, 미래 배터리 설계를 위한 새로운 연구 방향과 통찰을 제시하였다.

SEI는 리튬금속전지, 전고체전지, 리튬황전지 등 다양한 차세대 전지의 성능과 수명을 결정하는 핵심 요소로 알려져 있다. 그러나 실제 전지 내부에서 형성되는 계면 구조와 반응 과정을 직접 관찰하고 제어하는 데에는 기술적 한계가 존재한다. 본 연구는 최신 인공지능 기반 계산과학과 분자시뮬레이션 기술을 활용하여 이러한 한계를 극복할 수 있는 새로운 접근법을 제안했다는 점에서 학술적 의미가 크다.

특히 이번 논문은 특정 연구 결과를 보고하는 일반 연구논문이 아니라, 해당 분야의 핵심 난제와 최신 연구 동향을 종합적으로 정리하고 미래 연구 방향을 제안하는 고난도 리뷰 논문이라는 점에서 주목받고 있다. 리뷰 논문은 특정 분야 전반에 대한 깊은 이해와 폭넓은 분석 능력이 요구되는 만큼, 학부생이 단독 제1저자로 세계적 수준의 학술지에 논문을 게재한 사례는 매우 이례적인 성과로 평가된다.

김광식 군은 현재 전남대학교 기계공학부 차진혁 교수 연구실에서 학·석사 연계과정으로 연구를 수행하고 있다. 이번 논문은 연구 수련 기간을 포함하여 약 1년 만에 이루어진 성과로, 연구 주제 발굴부터 문헌 조사, 논문 구성, 원고 작성 및 학술지 투고에 이르기까지 대부분의 과정을 김광식 군이 주도적으로 수행하였다. 이를 통해 학부 단계에서도 세계적 수준의 연구를 수행할 수 있는 연구 역량과 성장 가능성을 입증하였다.

또한 김광식 군은 본 논문에서 제안한 인공지능 기반 계면 설계 전략을 실제 차세대 배터리 연구에 적용하고 있으며, 관련 연구 결과는 현재 재료·에너지 분야 국제학술지 Small에 투고되어 심사가 진행 중이다.

김광식 군은 “처음에는 논문을 읽고 이해하는 것조차 쉽지 않았지만, 차근차근 공부하고 연구를 수행하면서 점차 자신감을 얻을 수 있었다”며 “컴퓨터를 이용해 가상의 원자 세계를 구현하고, 이를 통해 현실의 에너지 문제를 해결하는 과정이 매우 흥미로웠다. 특히 시뮬레이션이 실험적으로 확인하기 어려운 현상을 이해하고 새로운 해결책을 제시할 수 있다는 점에 큰 매력을 느끼고 있다”고 말했다.

전남대학교 기계공학부 차진혁 교수(김광식 군 지도교수)는 “김광식 군은 매우 성실하고 연구 의지가 강한 학생으로, 연구에 대한 이해도가 뛰어나 새로운 분야의 문제도 빠르게 이해하고 스스로 해결 방안을 찾아가는 능력이 탁월하다”며 “이번 논문은 연구 주제 선정부터 자료 조사, 논문 작성까지 대부분의 과정을 학생 스스로 수행했다는 점에서 더욱 의미가 크다”고 평가했다.

이어 “연구 수련 기간을 포함해 약 1년이라는 비교적 짧은 기간 내에 Advanced Science에 단독 제1저자로 논문을 게재한 것은 매우 이례적인 성과”라며 “향후 차세대 배터리 및 에너지 소재 분야를 선도할 연구자로 성장할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 인공지능 기반 분자시뮬레이션이 차세대 배터리 계면 설계와 에너지 소재 개발 분야에서 수행할 수 있는 역할을 제시한 연구로 평가받고 있으며, 향후 고성능·고안전성 차세대 전지 개발을 위한 중요한 학술적 지침을 제공할 것으로 기대된다.

이번 연구는 교육부와 광주광역시가 지원하는 광주RISE센터의 「RISE 글로컬대학30 사업(2026-RISE(Glocal University 30)-05-011)」과 교육부가 지원하는 한국연구재단 기본연구사업(RS-2025-25430676)의 지원을 받아 수행됐다.

CNU Undergraduate Kwang-sik Kim Publishes Sole First-Author Paper in Global Journal ‘Advanced Science’

• Suggesting interface design directions for next-gen lithium metal batteries via AI-based molecular simulation.
• Achieved within just one year of research training... Proving excellence in undergraduate-led research capabilities.

Kwang-sik Kim, an undergraduate student in the School of Mechanical Engineering at Chonnam National University (CNU), has achieved the remarkable feat of publishing a review paper as the sole first author in the world-renowned international journal, Advanced Science (Wiley, Impact Factor: 14.1, JCR Top 8.1%).

The paper, titled “Redefining LiF as a Nanostructured Building Block for Interphase Engineering in Lithium Metal Batteries,” was published online on June 23, 2026.

In this research, Kim systematically analyzed the formation mechanism of the Solid Electrolyte Interphase (SEI)—a key component in next-generation lithium-based secondary batteries. He reinterpreted Lithium Fluoride (LiF) not merely as a simple interface byproduct but as an active nanostructured building block, proposing a new interface design strategy for next-generation lithium metal batteries. Notably, he utilized AI-based molecular simulation to analyze the atomic-level interface formation process—which is difficult to verify through conventional experiments—and provided new research directions and insights for future battery design.

The SEI is known as a critical factor determining the performance and lifespan of various next-generation batteries, including lithium metal, all-solid-state, and lithium-sulfur batteries. However, technical limitations exist in directly observing and controlling the interface structures and reaction processes formed inside an actual battery. This study holds significant academic value as it suggests a new approach to overcome these limitations by utilizing state-of-the-art AI-based computational science and molecular simulation technologies.

What makes this achievement particularly noteworthy is that the paper is a review paper—a high-level publication that comprehensively summarizes core challenges and the latest research trends while proposing future directions, rather than a general research paper reporting specific experimental results. As review papers require a profound understanding and broad analytical skills of a specific field, it is considered exceptionally rare for an undergraduate student to publish one as the sole first author in a world-class journal.

Currently, Kwang-sik Kim is conducting research in the laboratory of Professor Jin-Hyeok Cha at CNU’s School of Mechanical Engineering as part of an integrated bachelor’s-master’s program. This achievement was reached within about a year, including his research training period. Kim led most of the process, from discovering the research topic and conducting literature reviews to structuring the paper, writing the manuscript, and submitting it to the journal. Through this, he proved his research capabilities and growth potential to perform world-class research even at the undergraduate level.

Furthermore, Kim is currently applying the AI-based interface design strategy proposed in this paper to actual next-generation battery research. The related research results have been submitted to Small, an international journal in the field of materials and energy, and are currently under review.

“At first, even reading and understanding the papers was not easy, but I was able to gain confidence gradually as I studied and conducted the research step by step,” said Kwang-sik Kim. “The process of implementing a virtual atomic world using computers to solve real-world energy problems was very interesting. In particular, I find great appeal in the fact that simulation can help us understand phenomena that are difficult to verify experimentally and suggest new solutions.”

Professor Jin-Hyeok Cha, Kim’s advisor, commented, “Kwang-sik is a very sincere student with a strong will for research. His understanding of research is excellent, and he has an outstanding ability to quickly grasp problems in new fields and find solutions on his own.” He added, “This paper is even more meaningful because the student carried out most of the process himself, from selecting the topic to researching materials and writing the manuscript.”

Professor Cha continued, “It is a very exceptional achievement to publish a paper as the sole first author in Advanced Science within a relatively short period of about a year. I expect him to grow into a leading researcher in the field of next-generation batteries and energy materials.”

This study is evaluated as presenting the role that AI-based molecular simulation can play in the field of next-generation battery interface design and energy material development. It is expected to provide important academic guidelines for the development of high-performance and high-safety next-generation batteries in the future.

The research was supported by the ‘RISE Glocal University 30 Project’ of the Gwangju RISE Center, funded by the Ministry of Education and Gwangju Metropolitan City, and the Basic Research Program of the National Research Foundation of Korea (NRF), funded by the Ministry of Education.