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.

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.