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MIDAS Lab @ CAU

중앙대학교 융합공학부나노소재공학전공

박해선 교수

Data-Driven Discovery of Materials

Multivalent Batteries

Solid-state Batteries

MIDAS Lab @ CAU

융합공학부나노소재공학전공 박해선

MIDAS 연구실은 첨단 계산과학 및 데이터 기반 접근법을 활용하여 에너지 저장 및 변환을 위한 신소재 개발에 주력하는 융합 연구 그룹입니다. 본 연구실은 고체 상태 배터리, 다가 이온 배터리, 촉매, 코팅 소재 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 소재를 설계하고, 그 구조와 특성을 원자 수준에서 이해하는 데 중점을 두고 있습니다. 특히, 고체 상태 배터리 분야에서는 리튬, 칼슘, 마그네슘 등 다양한 이온을 활용한 차세대 배터리 소재 개발과 계면 안정성 향상에 관한 연구를 선도하고 있습니다. 실험과 전산 모사를 병행하여, 소재의 합성, 특성 평가, 전기화학적 성능 분석 등 전 주기를 아우르는 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 안전성과 에너지 밀도가 뛰어난 배터리 시스템의 실현을 목표로 하고 있습니다. 데이터 기반 신소재 발견 분야에서는 머신러닝, 빅데이터 분석, 능동 학습 등 첨단 정보기술을 적극적으로 도입하여, 방대한 화학 공간에서 유망한 소재를 빠르게 선별하고 있습니다. 이와 함께, 소재의 물성 예측, 합성 경로 최적화, 실험적 검증 등 다양한 연구를 통해 소재 개발의 효율성과 혁신성을 극대화하고 있습니다. 다가 이온 배터리 및 칼슘 이온 배터리 연구에서는 기존 리튬 이온 배터리의 한계를 극복할 수 있는 새로운 전극 및 전해질 소재를 개발하고, 그 작동 메커니즘을 심층적으로 분석하고 있습니다. 이를 통해 미래 에너지 저장 기술의 다양성과 지속 가능성을 확보하는 데 기여하고 있습니다. MIDAS 연구실은 국내외 유수의 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해, 에너지 소재 분야의 학문적·산업적 발전을 선도하고 있습니다. 앞으로도 첨단 계산과학과 데이터 기반 혁신을 바탕으로, 지속 가능한 에너지 사회 구현에 앞장설 것입니다.

Data-Driven Discovery of Materials
Multivalent Batteries
Solid-state Batteries
고체 상태 배터리(Solid-state Batteries)
고체 상태 배터리는 기존의 액체 전해질을 사용하는 배터리와 달리, 고체 전해질을 적용하여 안전성과 에너지 밀도를 크게 향상시킬 수 있는 차세대 에너지 저장 기술입니다. MIDAS 연구실에서는 고체 상태 배터리의 핵심 소재 개발과 성능 향상을 위한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 리튬 기반 고체 전해질과 전극 계면에서의 화학적·물리적 상호작용을 원자 수준에서 분석하여, 배터리의 수명과 효율을 극대화하는 방안을 모색하고 있습니다. 고체 상태 배터리의 상용화를 위해서는 전해질과 전극 간의 계면 안정성, 이온 전도도, 그리고 제조 공정의 효율성 등 다양한 기술적 난제가 존재합니다. 연구실에서는 전산 모사와 실험적 접근을 병행하여, 새로운 고체 전해질 조성 및 구조를 설계하고, 계면 반응 메커니즘을 규명하고 있습니다. 이를 통해 고체 상태 배터리의 내구성 향상과 고출력 특성 구현에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 전기차, 에너지 저장 시스템 등 다양한 응용 분야에서 고체 상태 배터리의 실용화를 앞당기는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. MIDAS 연구실은 국내외 유수의 연구기관 및 산업체와 협력하여, 고체 상태 배터리 기술의 혁신을 선도하고 있습니다.
데이터 기반 신소재 발견(Data-Driven Discovery of Materials)
데이터 기반 신소재 발견은 인공지능, 머신러닝, 빅데이터 분석 등 첨단 정보기술을 활용하여 새로운 소재를 효율적으로 탐색하고 설계하는 혁신적인 연구 분야입니다. MIDAS 연구실은 방대한 재료 데이터베이스와 계산 과학 기법을 결합하여, 에너지 저장 및 변환에 적합한 신소재를 빠르게 발굴하는 연구를 선도하고 있습니다. 특히, 배터리 소재, 촉매, 코팅 재료 등 다양한 응용 분야에서 데이터 기반 접근법을 적극적으로 도입하고 있습니다. 연구실에서는 머신러닝 모델을 활용하여 소재의 물성 예측, 합성 경로 최적화, 소재의 안정성 평가 등 다양한 문제를 해결하고 있습니다. 예를 들어, MXene, 전이금속 산화물, 고체 전해질 등 복잡한 화학 공간에서 유망한 후보 소재를 선별하고, 실험적 검증을 통해 실제 응용 가능성을 평가합니다. 또한, 능동 학습(active learning) 프레임워크를 도입하여, 실험과 계산의 효율성을 극대화하고 있습니다. 이러한 데이터 기반 신소재 발견 연구는 소재 개발의 속도를 획기적으로 높이고, 기존의 경험적 접근 방식에서 벗어나 과학적 근거에 기반한 혁신적 소재 설계를 가능하게 합니다. MIDAS 연구실은 국내외 연구 네트워크와 협력하여, 데이터 기반 소재 혁신의 중심 역할을 수행하고 있습니다.
다가 이온 배터리(Multivalent Batteries) 및 칼슘 이온 배터리(Ca-ion Batteries)
다가 이온 배터리는 리튬 이온 배터리의 한계를 극복하기 위해, 리튬 이외의 다가 이온(예: Mg2+, Ca2+)을 이용하는 차세대 에너지 저장 장치입니다. MIDAS 연구실은 특히 칼슘 이온 배터리(Ca-ion Batteries)와 마그네슘 이온 배터리(Mg-ion Batteries) 등 다양한 다가 이온 시스템의 전극 및 전해질 소재 개발에 집중하고 있습니다. 이러한 배터리는 자원적 풍부함, 높은 이론적 에너지 밀도, 안전성 등에서 큰 장점을 가지고 있습니다. 연구실에서는 전산 모사와 실험을 병행하여, 다가 이온의 삽입/탈삽입 메커니즘, 전극 소재의 구조적 안정성, 전해질과의 상호작용 등을 체계적으로 분석하고 있습니다. 특히, 칼슘 이온 배터리의 경우, 고용량 및 고전압 특성을 갖는 전극 소재 개발과 계면 반응 제어에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, 다양한 코팅 및 도핑 기술을 적용하여 소재의 전기화학적 성능을 극대화하고 있습니다. 다가 이온 배터리 연구는 미래 에너지 저장 기술의 다양성과 지속 가능성을 확보하는 데 중요한 역할을 합니다. MIDAS 연구실은 이 분야에서 세계적 수준의 연구 성과를 창출하며, 차세대 배터리 기술의 발전을 이끌고 있습니다.
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Silver exsolution from Li-argyrodite electrolytes for anode-less all-solid-state batteries
Seung Ho Choi, Chang Hoon Baek, Jihoon Oh, Geung-Jong Lee, Minsoo Kim, Hyesu Lee, Dong-Joo Yoo, Yoon Seok Jung, KyungSu Kim, Ji-Sang Yu, Woosuk Cho, Haesun Park (박해선), Jang Wook Choi
Nature Communications, 2025
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Multivalent Ion Mobility in Layered NbS2 and NbSe2 Structures with Trigonal Prismatic Transition Metal Coordination
Daehyun Kim, Haesun Park (박해선)
ACS Applied Energy Materials, 2025
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Induced orbital asymmetry of nonpolar molecular additives for boosted rapid operating performance in lithium metal batteries
Seo-Young Jun, Chae Yeong Son, Suji Kim, Haesun Park (박해선), Won-Hee Ryu
EES Batteries, 2025