ANED Lab.
기계공학부
김민철
ANED 연구실은 부산대학교 기계공학부 소속으로, 차세대 에너지 소자 및 나노소재 기반의 첨단 기계공학 융합 연구를 선도하고 있습니다. 연구실의 주요 연구 분야는 고효율 페로브스카이트 태양전지, 초유연 에너지 하베스팅 소자, 차세대 이차전지 및 에너지 저장 소재 개발 등으로, 에너지 변환 및 저장 기술의 혁신을 목표로 하고 있습니다.
특히, 금속 할라이드 페로브스카이트 소재를 기반으로 한 태양전지의 효율 및 안정성 향상을 위한 소재·공정·계면공학 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 대면적 코팅, 저온 공정, 친환경 용매 기반 박막 제조 등 실용화에 필수적인 요소기술 개발에도 집중하고 있으며, 실리콘 치환 정공수송층, SnO2 기반 전자수송층, UV 소결 공정 등 다양한 혁신적 접근법을 통해 세계적 수준의 연구 성과를 창출하고 있습니다.
또한, 웨어러블 및 플렉서블 전자기기용 초유연 에너지 하베스팅 소자, 크랙 기반 스트레인 센서, 트라이보일렉트릭 나노제너레이터 등 미래형 스마트 디바이스용 에너지 솔루션 개발에도 앞장서고 있습니다. 음의 포아송 비 구조, 에어로졸 기반 나노입자 도입, 투명 전극 등 첨단 소재 및 공정 기술을 접목하여, 인체 부착형 센서 및 자가 발전형 IoT 시스템 등 다양한 융합 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다.
차세대 이차전지 분야에서는 고전압 전고체 박막 배터리, 계면 안정화, 완전 재활용 설계 등 지속가능한 에너지 저장 시스템 개발에 주력하고 있습니다. 크라이오 전자현미경, 인공지능 기반 X-선 토모그래피 등 첨단 분석기법을 활용하여, 소재의 미세구조와 전기화학적 특성 간의 상관관계를 규명하고, 배터리의 장수명·고안정성 실현에 기여하고 있습니다.
ANED 연구실은 국내외 유수 학술지 논문 게재, 다수의 수상 실적, 산학연 협력 프로젝트 수행 등 다양한 연구성과를 바탕으로, 차세대 에너지 및 나노소재 융합 분야에서 세계적 경쟁력을 갖추고 있습니다. 앞으로도 지속적인 연구 혁신과 융합적 접근을 통해, 친환경 에너지 사회 실현과 미래 산업 발전에 기여할 것입니다.
Solid-State Batteries
Perovskite Solar Cells
Triboelectric Nanogenerators
차세대 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발
ANED 연구실은 차세대 고효율 페로브스카이트 태양전지의 개발에 중점을 두고 있습니다. 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 비해 저비용, 고효율, 유연성 등 다양한 장점을 지니고 있어 차세대 에너지 변환 소자로 각광받고 있습니다. 연구실에서는 금속 할라이드 페로브스카이트 소재의 광전 특성, 결함 제어, 계면 공학 등 다양한 측면에서 태양전지의 효율과 안정성 향상을 위한 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 전자 및 정공 수송층의 소재 개발, 대면적 코팅 공정, 친환경 용매 기반의 박막 제조 기술 등 실용화에 필수적인 요소기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 예를 들어, SnO2 기반 전자수송층의 균일성 향상, 실리콘 치환 스피로비플루오렌 정공수송층 개발, 저온 UV 소결 공정 등 다양한 혁신적 접근법을 통해 고효율 및 대면적 태양전지 모듈 구현에 성공하고 있습니다. 또한, 페로브스카이트 박막의 결정화 메커니즘과 열화 현상에 대한 실시간 특성 평가 및 수치 해석을 통해 장기 신뢰성 확보에도 기여하고 있습니다.
이러한 연구는 친환경 에너지 생산의 실현뿐만 아니라, 웨어러블 및 플렉서블 전자기기, IoT 센서 등 다양한 응용 분야로의 확장 가능성을 보여주고 있습니다. ANED 연구실의 연구 성과는 국내외 유수 학술지에 다수 게재되고 있으며, 관련 분야에서 우수 논문상, 최우수상 등 다양한 수상 실적을 보유하고 있습니다.
초유연 에너지 하베스팅 및 웨어러블 소자
ANED 연구실은 초유연 에너지 하베스팅 소자 및 웨어러블 전자기기 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 기존의 경직된 에너지 소자와 달리, 초박막·초유연 페로브스카이트 태양전지, 크랙 기반의 스트레인 센서, 트라이보일렉트릭 나노제너레이터(TENG) 등 다양한 형태의 에너지 하베스팅 및 센서 소자를 개발하여, 인체 부착형 및 의류 일체형 전원 공급 및 신호 감지 기술을 구현하고 있습니다.
특히, 음의 포아송 비(auxetic) 구조를 적용한 크랙 기반 스트레인 센서는 양방향 신축성 및 피부 밀착성을 극대화하여, 기존 센서의 한계를 극복하였습니다. 또한, 에어로졸 기술을 활용한 은 나노입자 도입, 투명 전극 및 하이브리드 전극 구조 개발 등 다양한 소재 및 공정 혁신을 통해 소자의 내구성, 신뢰성, 감도 향상에 기여하고 있습니다. 이러한 기술은 웨어러블 헬스케어, 인체 동작 모니터링, 자가 발전형 IoT 시스템 등 다양한 미래형 융합 분야에 적용되고 있습니다.
연구실은 나아가 트라이보일렉트릭 나노제너레이터를 활용한 투명·고성능 에너지 하베스터, 비가 내릴 때와 태양광을 동시에 활용하는 하이브리드 발전 시스템 등 혁신적 에너지 변환 소자도 개발하고 있습니다. 이와 같은 연구는 차세대 스마트 디바이스 및 지속가능한 에너지 솔루션 실현에 중요한 역할을 하고 있습니다.
차세대 이차전지 및 에너지 저장 소재 연구
ANED 연구실은 차세대 이차전지, 특히 고전압 전고체 박막 배터리 및 계면 안정화 기술에 대한 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 기존 리튬이온 배터리의 한계를 극복하기 위해, 고전압 스피넬계 양극재(LNMO)와 고안정성 고체 전해질(LiPON) 계면의 구조 및 화학적 특성을 심층적으로 분석하고, 크라이오 전자현미경 등 첨단 분석기법을 활용하여 계면 안정화 메커니즘을 규명하고 있습니다.
이러한 연구는 고에너지 밀도, 장수명, 안전성이 요구되는 전기차, 대규모 에너지 저장 시스템(ESS) 등 미래 에너지 저장 분야에 필수적인 기반 기술을 제공합니다. 또한, 전고체 배터리의 완전 재활용 설계, 친환경 소재 적용 등 지속가능성 측면에서도 중요한 연구를 수행하고 있습니다. 실험적 접근과 수치 해석, 다중 스케일 분석을 결합하여, 소재의 미세구조와 전기화학적 특성 간의 상관관계를 체계적으로 규명하고 있습니다.
이와 더불어, 인공지능 기반 X-선 토모그래피 등 첨단 진단 및 분석 기술을 도입하여, 배터리 소재 및 계면의 실시간 변화와 열화 메커니즘을 정밀하게 관찰하고 있습니다. 이러한 융합 연구는 차세대 에너지 저장 시스템의 상용화와 신뢰성 확보에 중요한 기여를 하고 있습니다.
1
Wavelength Dependent Light-Induced Degradation of Perovskite Materials
S. Kim, G. Kim, S. Park, D. Lee, S. Song, N. Ahn, M.-c. Kim
,
2
The Effect of Sequential Spin-coating Perovskite Deposition on the Self-Assembled Monolayer of Inverted Perovskite Solar Cells
S. Park, D. Lee, S. Kim, Y. Luo, M.-c. Kim
,
3
Proper evaluation of inverted perovskite solar cells with self-assembled monolayer HTL using SCAPS-1D numerical simulation
D. Lee, S. Park, S. Kim, M.-c. Kim
,
