Clean Energy Systems Lab
기계공학부 유기수
Clean Energy Systems Lab(청정에너지시스템 연구실)은 기계공학부를 기반으로 차세대 에너지 저장 및 변환 시스템의 핵심 기술을 연구하는 선도적 연구실입니다. 본 연구실은 배터리 열관리, 고성능 에너지 저장 소재, 전기화학 촉매 등 다양한 분야에서 이론과 실험을 융합한 다학제적 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 전기차 및 에너지 저장장치(ESS)용 대용량 배터리의 열거동을 정밀하게 분석하고, 디지털 트윈 기반의 실시간 열관리 및 예측 시스템을 개발하는 데 주력하고 있습니다. 이를 통해 배터리의 안전성, 수명, 신뢰성을 극대화하며, 산업 현장에서 요구되는 다양한 운용 조건에 대응할 수 있는 솔루션을 제시하고 있습니다. 또한, 상변화 물질, 직접냉각 등 첨단 열관리 소재 및 시스템 개발에도 앞장서고 있습니다.
고성능 에너지 저장 소재 및 전극 개발 분야에서는 금속 산화물, 탄소계 나노소재, 금속 유기골격체(MOF), 양자점 등 혁신적 소재를 활용하여 리튬이온, 리튬황, 아연이온, 나트륨이온 등 다양한 2차전지와 슈퍼커패시터의 성능을 극대화하고 있습니다. 소재의 미세구조 제어, 표면 개질, 도핑, 이종접합 등 첨단 합성 및 설계 기법을 적용하여, 높은 에너지 밀도와 우수한 사이클 수명, 빠른 충·방전 특성을 동시에 구현하고 있습니다.
전기화학 촉매 및 친환경 에너지 변환 기술 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 금속 산화물, 황화물, 나노복합체 등 다양한 촉매를 설계·합성하여 수소 생산, 물 분해, 이산화탄소 환원, 오염물 분해 등 에너지 및 환경 문제 해결에 기여하고 있습니다. 광촉매 및 광전기화학 시스템을 결합한 친환경 에너지 변환 및 오염물질 분해 기술 개발에도 집중하고 있습니다.
이외에도 본 연구실은 배터리 상태 진단, 열화 예측, 분리막 개발, 바이오매스 기반 친환경 소재 등 다양한 응용 연구를 수행하며, 산학협력 및 국가연구과제를 통해 실용화와 상용화에도 힘쓰고 있습니다. 앞으로도 Clean Energy Systems Lab은 에너지·환경 분야의 혁신을 선도하는 연구실로 성장할 것입니다.
Visible-Light-Driven Photocatalysis
Quantum Dots
Photocatalysis
배터리 열관리 및 디지털 트윈 기반 열거동 예측
배터리 열관리 및 디지털 트윈 기반 열거동 예측 연구는 전기차, 에너지 저장장치(ESS) 등 다양한 응용 분야에서 배터리의 안전성과 성능을 극대화하기 위한 핵심 기술입니다. 본 연구실에서는 대용량 배터리 팩의 열거동을 정밀하게 분석하고, 이를 바탕으로 실시간 열관리 전략을 개발하고 있습니다. 특히, 다양한 형태의 배터리 셀 및 팩에 대한 실험적 데이터와 수치해석을 결합하여, 실제 운용 환경에서 발생할 수 있는 열폭주, 온도 불균일성, 열화 현상 등을 체계적으로 예측합니다.
최근에는 디지털 트윈(Digital Twin) 기술을 활용하여 배터리 시스템의 열거동을 가상 환경에서 실시간으로 모사하고, 다양한 운전 조건에 따른 열적 위험요소를 사전에 진단하는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 디지털 트윈 모델은 실제 배터리 팩의 센서 데이터와 연동되어, 온도 분포, 열전달 특성, 냉각 성능 등을 실시간으로 예측할 수 있으며, 이를 통해 최적의 열관리 솔루션을 제시합니다. 또한, 상변화 물질(PCM) 적용, 직접냉각 기술 등 첨단 열관리 소재 및 시스템 개발도 병행하고 있습니다.
이러한 연구는 배터리의 수명 연장, 안전성 확보, 고출력 운전 대응 등 산업 현장에서 요구되는 다양한 니즈를 충족시키는 데 중요한 역할을 합니다. 향후에는 인공지능 기반의 예측 모델과 결합하여, 더욱 정밀하고 지능적인 배터리 열관리 시스템을 구현하는 것이 목표입니다.
고성능 에너지 저장 소재 및 전극 개발
고성능 에너지 저장 소재 및 전극 개발은 차세대 배터리와 슈퍼커패시터의 성능 향상을 위한 핵심 연구 분야입니다. 본 연구실은 리튬이온, 리튬황, 아연이온, 나트륨이온 등 다양한 2차전지와 하이브리드 슈퍼커패시터용 전극 소재를 합성하고, 그 구조적·전기화학적 특성을 심층적으로 분석합니다. 특히, 금속 산화물, 금속 유기골격체(MOF), 탄소계 나노소재, 양자점, 복합 나노구조체 등 첨단 소재를 활용하여, 높은 에너지 밀도와 우수한 사이클 수명, 빠른 충·방전 특성을 동시에 구현하는 것을 목표로 하고 있습니다.
연구실에서는 다양한 합성법(수열합성, 마이크로웨이브 합성, 전기화학적 방법 등)을 적용하여 소재의 미세구조를 제어하고, 표면 개질, 도핑, 이종접합 등 혁신적 소재 설계 전략을 도입하고 있습니다. 또한, 실제 소형 셀 및 팩 단위의 전기화학적 평가를 통해 소재의 실용성을 검증하고, 산업적 적용 가능성을 높이고 있습니다. 최근에는 바이오매스 유래 탄소소재, 친환경 합성법, 고내열성 분리막 등 지속가능한 에너지 소재 개발에도 집중하고 있습니다.
이러한 연구는 전기차, 에너지 저장장치, 웨어러블 디바이스 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 고성능·고안전성 에너지 저장 시스템 구현에 기여하고 있습니다. 앞으로는 소재-구조-시스템 통합 연구를 통해 차세대 에너지 저장 기술의 상용화를 선도할 계획입니다.
전기화학 촉매 및 친환경 에너지 변환 기술
전기화학 촉매 및 친환경 에너지 변환 기술 연구는 수소 생산, 물 분해, 이산화탄소 환원, 오염물 분해 등 다양한 에너지 및 환경 문제 해결을 위한 핵심 분야입니다. 본 연구실은 금속 산화물, 금속 황화물, 나노복합체 등 다양한 전기화학 촉매를 설계·합성하여, 산소 발생 반응(OER), 수소 발생 반응(HER), 요소 산화 반응(UOR), 메탄올 산화 반응(MOR) 등에서의 고효율 촉매 성능을 구현하고 있습니다.
특히, 이종접합 구조, 도핑, 표면 개질 등 첨단 나노구조 설계 기법을 적용하여 촉매의 활성점 노출을 극대화하고, 전자전달 특성을 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 광촉매 및 광전기화학 시스템을 결합하여, 태양광 기반의 친환경 에너지 변환 및 오염물질 분해 기술 개발에도 주력하고 있습니다. 실제 환경 및 산업 현장에서 적용 가능한 촉매의 내구성, 비용 효율성, 대량 합성 가능성 등 실용적 측면도 중점적으로 고려합니다.
이러한 연구는 청정에너지 생산, 환경오염 저감, 탄소중립 실현 등 사회적 요구에 부응하는 혁신적 기술 개발로 이어지고 있습니다. 앞으로는 인공지능 기반 촉매 설계, 실시간 반응 모니터링 등 융합 연구를 통해 차세대 에너지·환경 솔루션을 제시할 계획입니다.
1
Decoupling Redox Kinetics with Complementary d-Band Catalysis for High-Performance Lithium？Sulfur Batteries
유기수, 샤오웨이, 김종훈, Hengyue Xu
ACS Nano, 2025
2
Synergistic coupling of g-C3N4 and SrV2O6 nanocomposites as advanced electrode materials for aqueous and solid-state supercapacitors
Neela Mohan Chidambaram, 팔라니사미라지쿠마르, 베디야판떠루말, Abdullah N. Alodhayb, Saravanan Pandiaraj, 유기수, 김진호, Jung Kyoo Lee, Murugesan Karuppaiah
ELECTROCHIMICA ACTA, 2025
3
Iron phosphate？carbon nanofiber composite for high-performance asymmetric hybrid supercapacitors
Seung Hwan Lee, 베디야판떠루말, Bathula Babu, 김진호, 유기수
JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS, 2025
2
배터리 팩 열거동 디지털트윈 모델 적용 셀 열거동 분석 용역
3
EV/ESS 신뢰성 향상을 위한 자기진화형 리튬 이차전지 ECM 다중물리모델에 대한 연구
