ECLAB CNU
응용화학공학과 송승완
충남대학교 응용화학공학과 ECLAB 연구실은 차세대 이차전지의 소재 및 계면화학 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 리튬이온 배터리뿐만 아니라 마그네슘, 황 등 포스트-리튬 계열의 이차전지까지 연구 범위를 확장하여, 고용량·고안전성·고출력 배터리 구현을 위한 혁신적인 전극 및 전해질 소재 개발에 집중하고 있습니다.
특히, 전극-전해질 계면에서 발생하는 고체 전해질 계면(SEI) 형성 및 안정성, 그리고 이로 인한 내부 저항, 금속 용출, 용량 저하 등 배터리 성능 저하의 근본 원인을 규명하기 위해 다양한 분광학적·현미경적 분석 기법을 활용하고 있습니다. 이를 통해 충·방전 사이클 동안의 계면 변화와 전기화학적 반응 메커니즘을 심층적으로 이해하고, 이를 바탕으로 첨단 소재 설계 및 계면 제어 전략을 제시하고 있습니다.
또한, 본 연구실은 배터리의 안전성 강화를 위한 난연성·불연성 전해질 및 고기능성 첨가제 개발에도 앞장서고 있습니다. 불소 및 황을 포함한 다양한 용매와 첨가제를 활용하여, 고전압·고출력 환경에서도 안정적으로 작동하는 배터리 시스템을 구현하고, 열폭주 억제 및 장수명화 기술을 실현하고 있습니다. 이러한 연구는 실제 산업체와의 협력, 특허 출원, 기술이전 등으로 이어지며, 차세대 배터리 산업 발전에 크게 기여하고 있습니다.
연구실은 이차전지 소재의 합성, 구조 제어, 계면 분석, 전기화학적 평가 등 전주기적 연구 역량을 보유하고 있으며, 국내외 유수의 학술지 논문 발표, 특허, 산학협력, 국제 학회 발표 등 다양한 성과를 창출하고 있습니다. 또한, 다수의 수상 경력과 우수한 연구 인력 양성을 통해 배터리 분야의 글로벌 리더로 자리매김하고 있습니다.
앞으로도 ECLAB 연구실은 지속적인 융합 연구와 혁신적 소재·공정 개발을 통해, 전기차, 에너지 저장장치, 모바일 기기 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 고성능·고안전성 이차전지 기술의 미래를 선도할 것입니다.
Electrode Materials
Interfacial Phenomena
Advanced Materials Design
차세대 이차전지용 전극 및 전해질 소재 개발
본 연구실은 리튬이온 배터리와 포스트-리튬(예: 마그네슘, 황) 이차전지의 성능 향상을 위한 새로운 전극 및 전해질 소재 개발에 중점을 두고 있습니다. 전극과 전해질의 조합은 배터리의 에너지 밀도, 수명, 안전성에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 본 연구실에서는 다양한 금속 산화물, 실리콘, 황 기반 소재 등 혁신적인 전극 물질을 합성하고, 이들의 전기화학적 특성을 체계적으로 분석합니다.
특히, 얇은 박막 전극과 전극-전해질 계면에서 발생하는 전기화학적 반응 및 이온 확산 거동을 심층적으로 연구하여, 충·방전 사이클 동안의 성능 저하 원인을 규명하고 있습니다. 이를 위해 다양한 분광학적, 현미경적 분석 기법(ATR FTIR, 라만, XPS, HRTEM 등)을 활용하여 계면에서의 고체 전해질 계면(SEI) 형성 및 안정성, 내부 저항 변화, 금속 용출 현상 등을 정밀하게 관찰합니다.
이러한 연구는 고용량, 고전압, 고안전성 이차전지 구현을 위한 핵심 기술로, 전기차, 에너지 저장장치(ESS), 차세대 모바일 기기 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다. 또한, 마그네슘-황 배터리 등 리튬을 대체할 수 있는 차세대 배터리 시스템의 실용화 가능성을 높이기 위한 소재 설계 및 계면 제어 전략도 함께 모색하고 있습니다.
배터리 계면 현상 및 SEI(고체 전해질 계면) 형성 메커니즘 연구
이차전지의 성능과 수명, 안전성은 전극과 전해질 사이에서 형성되는 계면, 특히 고체 전해질 계면(SEI)의 특성에 크게 좌우됩니다. 본 연구실은 SEI의 형성 및 안정성, 그리고 이 계면에서 발생하는 다양한 전기화학적 현상에 대한 메커니즘을 심도 있게 연구하고 있습니다. SEI는 배터리 내부 저항, 금속 용출, 용량 저하, 열폭주 등 다양한 문제의 원인이 되기도 하므로, 이를 제어하는 것이 매우 중요합니다.
연구실에서는 ex situ 및 in situ 분광학적 분석(ATR FTIR, 라만, XPS 등)과 고해상도 투과전자현미경(HRTEM) 등 첨단 분석 장비를 활용하여, SEI의 화학적 조성, 두께, 구조적 변화, 안정성 등을 실시간으로 관찰합니다. 이를 통해 SEI가 충·방전 과정에서 어떻게 형성되고, 시간이 지남에 따라 어떤 변화를 겪는지, 그리고 배터리 성능에 어떠한 영향을 미치는지 체계적으로 규명합니다.
또한, SEI의 안정성을 높이기 위한 첨가제 설계, 난연성/불연성 전해질 개발, 계면 반응 억제 기술 등 다양한 솔루션을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 고에너지·고안전성 배터리의 상용화와 장수명화, 그리고 급속 충전 등 실용적 요구에 부합하는 핵심 기반 기술로 자리매김하고 있습니다.
난연성·불연성 전해질 및 기능성 첨가제 개발
배터리의 안전성 문제는 전기차, 에너지 저장장치 등 대용량 응용에서 매우 중요한 이슈입니다. 본 연구실은 화재 및 폭발 위험을 최소화하기 위한 난연성 및 불연성 전해질 시스템, 그리고 고전압에서 안정적으로 작동하는 기능성 첨가제 개발에 주력하고 있습니다. 기존의 유기계 전해질은 인화성이 높아, 외부 충격이나 과충전 시 화재 위험이 큽니다.
연구실에서는 불소 및 황을 포함한 다양한 선형/환형 카보네이트, 에스테르계 용매를 조합하여 난연성 또는 불연성 전해질을 설계하고, 이들의 전기화학적 특성 및 안정성을 평가합니다. 또한, 고전압 환경에서 전극 표면에 보호막을 형성하는 고기능성 첨가제(예: 플루오르화 에테르, 인산염 등)를 도입하여, 전해질의 산화·환원 안정성, 계면 저항 감소, 금속 용출 억제 등 다양한 효과를 극대화합니다.
이러한 연구는 배터리의 열폭주 억제, 장수명화, 고출력·고에너지 밀도 구현에 필수적이며, 실제로 다수의 국내외 특허와 기술이전, 산업체 협력 연구로 이어지고 있습니다. 본 연구실의 난연성 전해질 및 첨가제 기술은 차세대 배터리의 안전성 표준을 선도하고 있습니다.
1
Enhancing the cycle-life of silicon oxide-based lithium-ion battery via nonflammable fluorinated ester-based electrolyte
K. An, Y. H. T. Tran, D. G. Kang, Seung-Wan Song
Batteries., 2025
2
Preventing thermal runaway of high-nickel Li-ion battery through nonflammable carbonates-based electrolyte formulation
Y. H. T. Tran, K. An, G. Lim, D. Kim, Y. J. Lee, C. Doh, Seung-Wan Song
Mater. Sci. & Eng. R - Reports., 2025
3
High-voltage electrolyte and interface design for mid-nickel high-Energy Li-ion batteries
Y. H. T. Tran, K. An, D. T. T. Vu, Seung-Wan Song
ACS Energy Lett., 2025
1
단독 실리콘 음극 SEI 안정화용 전해액 소재 개발
2
배터리 열폭주 억제와 안전성 강화를 위한 난연성 액체전해질 유래 나노 계면막 구축 기술 개발
3
안전한 에너지저장장치용 불연성 유기계 전해액 시스템 개발 및 계면반응기작 연구
