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.

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.

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.