문준혁 연구실
화공생명공학과 문준혁
문준혁 연구실은 화공생명공학과를 기반으로 차세대 에너지 저장 및 변환 기술 개발에 주력하고 있습니다. 특히 리튬-황 전지, 리튬 이차전지, 슈퍼커패시터 등 고성능 에너지 저장 장치의 핵심 소재와 구조 설계, 그리고 메탄의 전기화학적 전환을 통한 친환경 화학공정 개발에 있어 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다.
리튬-황 전지 분야에서는 금속 산화물, 금속 탄화물, 단원자 촉매 등 다양한 활성 물질을 활용한 전극 및 촉매 개발에 집중하고 있습니다. 고밀도 나노입자 코팅, 야누스 구조, 이종접합 전극 등 혁신적인 설계를 통해 황의 활용도와 전지의 안정성을 극대화하고, 실제 산업적 응용을 위한 대면적 공정 및 경제성 평가까지 포괄적으로 연구하고 있습니다.
메탄의 전기화학적 전환 분야에서는 고엔트로피 산화물, Fe-N-C 단원자 촉매, 이종접합 나노로드 등 첨단 촉매를 개발하여, 저온에서 메탄을 직접적으로 알코올로 전환하는 고효율 공정 기술을 확보하고 있습니다. 전기화학적 산소 발생 반응과 메탄 산화 반응의 경쟁적 제어, 활성 산소의 생성 및 전달 메커니즘 규명 등 미세한 반응 조절 기술을 통해 높은 선택도와 생산성을 달성하고 있습니다.
이외에도 다공성 탄소, 나노구조체, 광전변환 소재 등 다양한 에너지 및 환경 소재 연구를 병행하고 있으며, 국내외 특허와 논문, 산학협력 및 대형 국책과제를 통해 실용화 및 기술사업화에도 적극적으로 기여하고 있습니다.
문준혁 연구실은 실험실 수준의 기초 연구를 넘어, 실제 산업 현장에 적용 가능한 혁신 기술을 개발하고, 에너지·환경 분야의 지속 가능한 미래를 선도하는 것을 목표로 하고 있습니다.
Nanorod Catalysts
Electrochemical Catalysts
Lithium-Sulfur Technology
리튬-황 전지용 고성능 전극 및 촉매 개발
리튬-황 전지는 차세대 에너지 저장 시스템으로 각광받고 있으며, 이론적으로 매우 높은 에너지 밀도와 비용량을 자랑합니다. 그러나 실제 응용에서는 황의 활용도 저하, 리튬 폴리설파이드의 용해 및 셔틀 효과, 느린 반응 속도 등 여러 가지 난제가 존재합니다. 본 연구실은 금속 산화물, 금속 탄화물, 단원자 촉매 등 다양한 활성 물질을 활용하여 리튬-황 전지의 성능을 극대화하는 데 주력하고 있습니다.
특히, 고밀도 나노입자 코팅, 이종접합 구조, 야누스 전극 등 혁신적인 전극 설계와 소재 개발을 통해 황의 활용도를 극대화하고, 충방전 과정에서의 안정성을 크게 향상시키고 있습니다. 최근에는 리튬 이온 삽입 반응을 이용한 3차원 리튬 설파이드 성장 제어, 다기능성 산화물 기반 촉매 적용, 고황 로딩 및 리엔 전해질 조건에서의 고성능 구현 등 실용화에 가까운 연구 성과를 다수 도출하였습니다.
이러한 연구는 실험실 수준을 넘어 실제 산업적 응용을 위한 대면적 공정, 경제성 평가, 환경적 영향 분석까지 포괄적으로 이루어지고 있습니다. 이를 통해 리튬-황 전지의 상용화에 필요한 핵심 기술을 확보하고, 미래 에너지 저장 시장에서의 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 하고 있습니다.
메탄의 전기화학적 전환 및 고효율 촉매 공정
메탄은 풍부한 자원임에도 불구하고, 기존의 열화학적 전환 공정은 높은 에너지 소모와 환경 오염 문제로 인해 한계가 있습니다. 본 연구실은 메탄을 저온에서 직접적으로 알코올(특히 에탄올, 메탄올)로 전환하는 전기화학적 촉매 공정 개발에 집중하고 있습니다. 이를 위해 고엔트로피 산화물, Fe-N-C 단원자 촉매, 이종접합 나노로드 등 다양한 촉매 시스템을 설계하고, 전기화학적 반응 메커니즘을 심층적으로 규명하고 있습니다.
특히, 촉매의 표면 계면 구조와 활성 산소의 생성 및 전달, 전기화학적 산소 발생 반응(OER)과 메탄 산화 반응의 경쟁적 제어 등 미세한 반응 조절 기술을 통해 높은 선택도와 패러데이 효율, 생산성을 달성하고 있습니다. 실험적으로는 흐름 셀 기반의 연속 반응 시스템을 구축하여 대량 생산 가능성을 검증하고, 촉매의 내구성 및 경제성 평가도 병행하고 있습니다.
이러한 연구는 메탄의 고부가가치 화학물질로의 전환을 통한 탄소중립 및 에너지 전환 시대에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 또한, 관련 특허와 논문, 국내외 학술대회 발표를 통해 세계적으로도 높은 수준의 기술력을 인정받고 있습니다.
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Co-Enriched High Entropy Oxides for Efficient Continuous Electrochemical Methane Conversion: Catalytic Performance and Sustainability Insights
문준혁
ADVANCED MATERIALS, 202504
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Janus architecture host electrode for mitigating lithium-ion polarization in high-energy-density Li-S full cells
문준혁
ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE, 202412
3
Dry carbothermal reaction-enabled ultra-dense nanoparticle coatings for high-performance Li-S batteries
문준혁
CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, 202411
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전고체 리튬-황 전지 연구를 위한 한-EU 협력연구 구축
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2024년 대학기술경영촉진사업(TLO혁신형)_고려대학교
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오프가스의 C1화학종 고농도화를 통한 락톤 및 유기산 생산 기술 개발
