본 연구실은 차세대 이차전지의 성능과 안전성을 극대화하기 위한 소재 및 전극 개발에 집중하고 있습니다. 리튬이온전지, 리튬금속전지 등 다양한 이차전지 시스템에서 핵심이 되는 양극, 음극, 전해질, 분리막 등 각 부품의 물리적·화학적 특성을 심층적으로 분석하고, 새로운 소재를 설계하여 전지의 에너지 밀도와 수명, 충방전 속도, 내구성, 안전성을 향상시키는 연구를 수행합니다. 특히, 고니켈계 양극재의 미세구조 제어, 리튬금속 음극의 덴드라이트 억제, 고체 및 젤 전해질의 이온전도도 향상, 고내열성 분리막 개발 등 다양한 소재 혁신을 통해 전지의 한계를 극복하고자 합니다. 이를 위해 전구체 합성, 표면 개질, 나노구조 제어, 신소재 도입 등 다양한 공정 및 분석기술을 활용합니다. 이러한 연구는 전기차, 에너지 저장 시스템(ESS), 차세대 모바일 기기 등 고성능 에너지 저장장치의 상용화에 직접적으로 기여하며, 실제 산업 현장과 연계된 대형 과제 및 산학협력을 통해 실용화 기반을 다지고 있습니다.

연구실은 저온 폐열 등 다양한 열에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 전기화학적 열기관 및 열전 소재 개발에도 주력하고 있습니다. 열전 소재의 경우, 전기전도도, 열전도도, 제백계수(Seebeck coefficient) 등 열전 특성의 상호작용을 정밀하게 제어하여 열-전기 변환 효율을 극대화하는 연구를 진행합니다. 나노복합체, 변조 도핑, 에너지 의존적 캐리어 산란 등 첨단 소재 설계 전략을 적용하여 기존 소재의 한계를 극복하고 있습니다. 또한, 전기화학적 열기관(thermogalvanic cell, SEHE 등)에서는 전극 및 전해질의 조성, 계면 반응, 이온 이동 메커니즘을 규명하고, 실제로 높은 열전력과 에너지 변환 효율을 구현할 수 있는 시스템을 설계합니다. PEDOT:PSS, TiO2, V2O5 등 다양한 전극 소재와 고농도 수계 전해질, water-in-salt electrolyte(WiSE) 등 혁신적 전해질 시스템을 도입하여, 실용적이고 친환경적인 열에너지 활용 방안을 제시합니다. 이러한 연구는 산업 현장에서 버려지는 저온 폐열의 재활용, 친환경 에너지 생산, 웨어러블 및 IoT 기기의 자가발전 등 다양한 응용 분야에 파급효과를 가져올 수 있습니다.

본 연구실은 수소 생산, 연료전지, 전기화학적 촉매 반응 등 에너지 변환 분야에서 핵심이 되는 고성능 촉매와 2차원 소재의 개발에도 앞장서고 있습니다. 전이금속 이황화물(MoS2, WS2 등), 산화물, 그래핀 등 2차원 소재의 구조적·전자적 특성을 제어하여, 수소 발생 반응(HER), 산소 환원 반응(ORR) 등에서 백금 등 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 저비용·고효율 촉매를 구현합니다. 특히, 플라즈마 표면 개질, 기계적 변형(스트레인 엔지니어링), 나노도메인 형성 등 첨단 공정기술을 적용하여 촉매의 활성점 밀도와 반응성을 극대화합니다. 또한, 밀도범함수이론(DFT) 계산과 실험적 분석을 병행하여, 원자 수준에서의 반응 메커니즘을 규명하고, 실제 전기화학적 성능을 최적화합니다. 이러한 연구는 청정 수소 생산, 차세대 연료전지, 이산화탄소 전환 등 탄소중립 사회 실현을 위한 핵심 기반 기술로, 에너지·환경 분야에서의 혁신적 변화를 이끌고 있습니다.