전남대 차진혁 교수팀, AI 시뮬레이션으로 리튬 성장 원리 규명
 1나노미터 계면에서 일어나는 ‘LiF 나노섬’ 기반 리튬 성장 메커니즘 원자 수준에서 밝혀
신정민 석사과정생 AI 분자시뮬레이션 주도... 국제학술지 제1저자 성과

                                                    전남대 차진혁 교수팀, ‘LiF 나노섬’ 기반 리튬 성장 메커니즘 원자 수준 규명전남대학교 공과대학 기계공학부 차진혁 교수 연구팀이 충남대학교 박상백 교수 연구팀과 공동으로, 1나노미터(nm) 수준의 리튬플루오라이드(LiF) 나노섬을 활용해 무음극 리튬금속전지의 불균일한 리튬 성장을 억제하고 안정성을 향상시키는 원리를 규명했다.연구팀은 구리 집전체 표면에 약 1나노미터 두께의 LiF를 작은 섬처럼 분산된 ‘나노섬’ 구조로 형성했다. 그 결과, 노출된 구리 표면은 리튬 이온의 이동 통로로 작용하고, 구리와 LiF가 맞닿는 경계부에서는 안정적인 리튬 핵생성이 유도돼 리튬이 균일하게 성장하는 것을 확인했다.전남대학교 연구팀은 밀도범함수이론(DFT)과 인공지능 신경망 포텐셜(Neural Network Potential) 기반 분자동역학 시뮬레이션을 활용해 실험만으로 확인하기 어려운 구리-LiF 계면에서의 리튬 거동을 원자 수준에서 분석했다.특히, 연구를 통해 LiF의 단순한 존재 여부뿐만 아니라 나노미터 수준에서의 크기와 공간적 배치가 리튬 성장과 전지 성능을 결정하는 중요한 요소임을 밝혀냈다.이번 연구에는 전남대학교 기계공학부 신정민 석사과정생이 제1저자로 참여해 DFT 계산과 AI 기반 분자동역학 시뮬레이션을 주도적으로 수행했으며, 메커니즘을 규명하는 데 핵심적으로 기여했다.1나노미터 LiF 나노섬을 적용한 전지는 반복적인 리튬 도금·박리 과정에서도 향상된 안정성과 효율을 보였다. 또한 무음극 전지에서도 높은 초기 효율과 향상된 용량 유지 특성을 나타내 제한된 리튬을 보다 효율적으로 활용할 수 있음을 확인했다.이번 연구 결과는 에너지 소재 분야 국제학술지 ‘Journal of Energy Chemistry’에 게재됐으며, Impact Factor(IF) 15.6 (JCR 1.9%의 국제 저명 학술지)에 발표된 성과다.차진혁 교수는 “이번 연구는 인공지능과 원자 수준 계산을 활용해 차세대 전지의 계면 구조를 과학적으로 설계할 수 있다는 가능성을 보여준 것”이라고 밝혔다.한편, 이번 연구는 교육부의 학술연구혁신지원사업(글로컬R&D지원)의 지원을 받아 수행됐다.
CNU Research Team Elucidates Lithium Growth Mechanism via AI-Driven Atomic SimulationProfessor Jin-Hyeok Cha’s research team at Chonnam National University (CNU), in collaboration with Professor Sang-Baek Park’s team at Chungnam National University, has elucidated the principles for suppressing non-uniform lithium growth and enhancing the stability of anode-free lithium metal batteries (AFLMBs) using 1-nanometer (nm) lithium fluoride (LiF) nano-islands.The joint research team formed a "nano-island" structure of LiF, approximately 1 nm thick, dispersed across the surface of a copper (Cu) current collector. The study confirmed that the exposed copper surface acts as a transport channel for lithium ions, while the Cu-LiF interface induces stable lithium nucleation, leading to uniform lithium growth.The CNU team utilized Density Functional Theory (DFT) and AI Neural Network Potentials (NNP) based Molecular Dynamics (MD) simulations to analyze the lithium behavior at the Cu-LiF interface at an atomic level—a phenomenon difficult to observe through experimental methods alone.In particular, the team analyzed lithium adsorption and growth behavior according to the size and spatial structure of the LiF nano-islands. The findings revealed that the size and spatial arrangement at the nanometer level are decisive factors in determining lithium growth patterns and overall battery performance.Jeong-Min Shin, a master's student in the Department of Mechanical Engineering at CNU, participated as the first author. She led the DFT calculations and AI-based MD simulations, making a fundamental contribution to clarifying the lithium growth mechanism based on the LiF nano-island configurations.Batteries utilizing the 1 nm LiF nano-islands demonstrated uniform and directional lithium growth without irregular clustering. Furthermore, the technology exhibited high initial efficiency and enhanced capacity retention in anode-free cells, proving that limited lithium resources can be utilized more effectively.The research results were published online on July 9, 2026, in the Journal of Energy Chemistry, a world-renowned journal in the field of energy materials with an Impact Factor (IF) of 15.6 (ranked in the top 1.9% of JCR).Professor Jin-Hyeok Cha stated, “Through AI-based atomic and molecular simulations, we were able to define the principles of lithium growth at nanometer interfaces that are challenging to observe experimentally. This study demonstrates the potential to scientifically design interface structures for next-generation batteries using artificial intelligence.”This research was supported by the Academic Research Innovation Support Program (Glocal R&D Support) of the Ministry of Education.

전남대 학부생 김광식 군, 세계적 학술지 Advanced Science 단독 제1저자 논문 게재AI 기반 분자시뮬레이션으로 차세대 리튬금속전지 계면 설계 방향 제시연구 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.

[Science & Tech] AI Simulation Unlocks Key to 'Explosion-Proof' Next-Gen Batteries: Chonnam National University Research Team


 [과학·IT] 전남대 차진혁 교수·신정민 연구원, AI 시뮬레이션으로 ‘폭발 없는 차세대 배터리’ 핵심 기전 규명- 전남대-충남대 공동 연구팀, 100도 고온에서도 안정적인 ‘반고체 전지’ 개발
- AI 기반 분자동역학 시뮬레이션 통해 초미세 공간 속 리튬 이온 거동 세계 최초 확인전남대학교 기계공학부 차진혁 교수 연구팀이 충남대 박상백 교수팀과의 공동 연구를 통해, 고온 환경에서도 폭발 위험 없이 안전하게 작동하는 차세대 리튬 반고체 전지 기술을 확보하고 리튬 이온의 움직임을 세계 최초로 규명하는 쾌거를 이뤘다.이번 연구 성과는 나노·에너지 소재 분야의 세계적 학술지인 ‘나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters, IF: 36.3)’ 온라인판에 게재되며 학계의 큰 주목을 받고 있다.
◇ 전남대 연구팀, AI 시뮬레이션으로 ‘초미세 공간’의 비밀 풀다
이번 연구의 핵심은 액체 전해질을 1차원 나노 구조의 금속유기골격체(MOF) 내부인 ‘서브나노미터(머리카락 굵기의 수만 분의 일)’ 수준의 초미세 공간에 완전히 가두어 반고체 상태로 만드는 것이다.
특히 전남대학교 차진혁 교수와 신정민 연구원 등 전남대측 연구진은 실험만으로는 직접 관찰하기 어려운 초미세 기공 내부의 물리적 현상을 이해하기 위해 ‘신경망 포텐셜(Neural Network Potential) 기반 AI 분자동역학 시뮬레이션’을 도입했다.
연구팀은 시뮬레이션을 통해 리튬 이온이 기공의 크기에 따라 어떻게 다르게 거동하는지, 그리고 어떤 조건에서 전극에 더 균일하고 안전하게 적층되는지를 과학적 데이터로 입증해냈다. 이는 기존의 경험에 의존하던 배터리 설계를 넘어, 정밀한 데이터 분석을 통해 최적의 전지 설계 경로를 제시했다는 점에서 높은 평가를 받는다.
◇ 100도 고온에서도 끄떡없는 안전성 확보
기존 리튬 이온 배터리는 액체 전해질을 사용해 고온이나 외부 충격 시 화재 및 폭발 위험이 컸다. 하지만 이번에 전남대와 충남대 연구팀이 개발한 반고체 전해질은 100도의 극한 환경에서도 성능 저하 없이 안정적인 충·방전 성능을 유지했다. 연구진이 설계한 1차원 MOF 구조가 전해질을 구조적으로 견고하게 붙잡아 고온에서도 분해되거나 흐르지 않도록 방어막 역할을 했기 때문이다.
◇ 신정민 연구원 "차세대 에너지 저장 기술의 새로운 지평 열 것"
차진혁 교수와 함께 연구를 수행한 신정민 연구원 등 전남대학교 연구진은 이번 성과가 향후 전기차(EV)는 물론 고온 작업이 필요한 산업 현장, 항공우주 분야 등 안전성이 최우선시되는 차세대 에너지 저장 장치(ESS) 시장에 혁신적인 변화를 몰고 올 것으로 기대하고 있다.차진혁 교수는 “이번 연구는 AI 시뮬레이션을 활용해 나노 수준의 미세한 거동을 규명함으로써 차세대 전지의 안전성과 신뢰성을 동시에 확보했다는 데 큰 의의가 있다”고 밝혔다.
[Science & Tech] CNU Research Team Led by Prof. Jin-Hyeok Cha Unlocks Key to ‘Explosion-Proof’ Next-Gen Batteries via AI SimulationJoint research team from Chonnam and Chungnam National Universities develops a ‘semi-solid battery’ stable even at 100°C.World’s first verification of lithium-ion behavior in sub-nanometer spaces using AI-based molecular dynamics simulation.A research team led by Professor Jin-Hyeok Cha of the School of Mechanical Engineering at Chonnam National University (CNU), in collaboration with Professor Sang-baek Park’s team at Chungnam National University, has achieved a major breakthrough in securing next-generation lithium semi-solid battery technology. The team has successfully developed a battery that operates safely without the risk of explosion in high-temperature environments and has identified the movement of lithium ions for the first time in the world.The findings were published online in Nano-Micro Letters (Impact Factor: 36.3), a world-renowned academic journal in the field of nano and energy materials, garnering significant attention from the global scientific community.■ CNU Team Decodes the Secrets of ‘Ultra-Fine Spaces’ via AI SimulationThe core of this research lies in completely confining a liquid electrolyte within the sub-nanometer (tens of thousands of times thinner than a human hair) pores of a one-dimensional (1D) Metal-Organic Framework (MOF), transforming it into a semi-solid state.In particular, the CNU research team, including Professor Jin-Hyeok Cha and Researcher Jeong-min Shin, introduced ‘Neural Network Potential (NNP)-based AI Molecular Dynamics Simulation’ to understand physical phenomena within ultra-fine pores that are difficult to observe directly through experiments alone.Through these simulations, the team provided scientific data proving how lithium ions behave differently depending on pore size and the specific conditions under which they deposit more uniformly and safely on the electrode. This is highly regarded for moving beyond traditional experience-based battery design and suggesting an optimal design path through precise data analysis.■ Unmatched Safety: Stability Even at 100°CConventional lithium-ion batteries use liquid electrolytes, which pose a high risk of fire and explosion when exposed to high temperatures or external shocks. However, the semi-solid electrolyte developed by the joint research team maintained stable charge-discharge performance without degradation even in extreme environments of 100°C. This is because the 1D MOF structure designed by the researchers firmly holds the electrolyte, acting as a structural shield that prevents it from decomposing or leaking at high temperatures.■ "Opening a New Horizon for Next-Gen Energy Storage"Researcher Jeong-min Shin, who conducted the study alongside Professor Cha, expects this achievement to bring innovative changes not only to the electric vehicle (EV) market but also to industrial sites requiring high-temperature operations, aerospace, and the Energy Storage System (ESS) market, where safety is the top priority.Professor Jin-Hyeok Cha stated, “This study is significant in that it ensured both the safety and reliability of next-generation batteries by identifying microscopic behavior at the nano-level using AI simulations.”