조권구 연구실은 리튬이온전지, 리튬-황전지, 나트륨-황전지 등 차세대 이차전지의 성능을 극대화하기 위한 전극 소재 개발에 집중하고 있습니다. 특히 실리콘, 주석, 비스무트, 납, 니켈 황화물 등 다양한 금속 및 금속화합물을 활용한 음극재와, 황, 폴리아크릴로니트릴(SPAN), 다양한 탄소 기반 복합체를 활용한 양극재의 합성 및 구조 제어에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 소재들은 높은 이론 용량과 우수한 전기화학적 특성을 바탕으로 기존 상용 전지의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시합니다. 연구실에서는 전극 소재의 미세구조 제어, 표면 개질, 나노구조 설계, 코어-셸 구조, 다공성 구조 등 다양한 공정 기술을 적용하여, 충방전 과정에서 발생하는 부피 팽창, 전극 분해, 전기적 단절 등 실용화의 장애 요인을 해결하고자 합니다. 예를 들어, 실리콘/흑연, 주석/흑연, 니켈 황화물/탄소 복합체 등은 나노구조화 및 탄소 코팅을 통해 부피 변화와 전도성 문제를 효과적으로 완화할 수 있습니다. 또한, 고분자 바인더의 최적화, 표면 코팅, 전해질과의 상호작용 개선 등도 활발히 연구되고 있습니다. 이러한 연구는 실제 셀 제작 및 장기 사이클 테스트, 고용량·고출력 구현, 대면적 전극 제조 등 실용화 단계까지 이어지고 있으며, 다양한 특허와 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 기술의 산업적 확장성을 높이고 있습니다.

본 연구실은 이차전지의 수명과 안정성을 획기적으로 개선하기 위해 고분자 바인더와 다공성 구조체의 설계 및 응용에 주목하고 있습니다. 리튬-황전지, 나트륨-황전지 등에서 황의 용출, 전극의 부피 팽창, 전해질과의 부반응 등으로 인한 성능 저하를 극복하기 위해, 카르복실산, 하이드록시기, 타르타르산, 말론산, 붕산 등 다양한 기능성 고분자 바인더를 개발하고 있습니다. 이들 바인더는 전극 내 활성물질의 결합력과 기계적 안정성을 높이고, 전해질과의 계면 반응을 억제하여 장기 사이클 특성을 크게 향상시킵니다. 또한, 다공성 탄소, 계층적 다공성 구조체, 나노섬유, 메조포러스 카본 등 다양한 다공성 소재를 전극 및 중간막에 적용하여, 황 및 금속 이온의 이동 경로를 최적화하고, 폴리설파이드/폴리설파이드의 셔틀 현상을 억제하는 연구를 진행 중입니다. 이러한 구조체는 전극의 전기전도도와 이온전도도를 동시에 향상시키며, 고용량·고출력 구현에 필수적인 역할을 합니다. 실제로, 계층적 다공성 카본, MXene, TiO2 나노와이어, V2O3 나노입자 등 다양한 소재가 실험적으로 적용되어 우수한 전지 성능을 입증하였습니다. 이러한 연구는 고성능 전지의 실용화뿐 아니라, 친환경적이고 저비용의 소재 및 공정 개발, 대면적·대량생산 공정과의 연계 등 산업적 파급효과가 매우 큽니다. 연구실은 관련 특허 출원과 산학협력, 정부과제 수행을 통해 기술의 상용화와 차세대 에너지 저장 시스템의 발전에 기여하고 있습니다.