ALCHEM Lab은 원자 수준의 계산과학을 활용하여 혁신적인 에너지 소재를 설계하고 개발하는 데 주력하고 있습니다. 본 연구실은 전산화학, 분자동역학, 밀도범함수이론(DFT) 등 첨단 계산 방법론을 통해 소재의 구조적·전자적 특성을 정밀하게 분석합니다. 이를 통해 실험적으로 접근하기 어려운 원자 및 분자 단위의 상호작용과 반응 메커니즘을 규명함으로써, 새로운 소재의 설계와 최적화에 혁신적인 통찰을 제공합니다. 특히, 전기화학 촉매, 연료전지, 2차전지, 반도체 등 다양한 에너지 변환 및 저장 시스템에 적용 가능한 소재의 원리와 성능 향상 방안을 탐구합니다. 예를 들어, 수소 생산용 전기화학 촉매의 활성점 구조, 배터리 전극 소재의 이온 확산 경로, 반도체 소자의 계면 특성 등 다양한 주제에 대해 원자 수준에서의 해석과 예측을 수행합니다. 이러한 연구는 실험적 소재 개발의 방향성을 제시하고, 신소재 발굴의 효율성을 극대화하는 데 기여합니다. ALCHEM Lab의 계산과학 연구는 실제 소재 합성 및 응용 연구와 긴밀히 연계되어 있습니다. 실험적 결과와 계산적 예측을 상호 검증함으로써, 소재의 성능과 안정성, 내구성 등 실질적인 문제 해결에 중점을 두고 있습니다. 이를 통해 에너지 및 환경 분야의 다양한 난제를 해결하고, 지속가능한 미래사회를 위한 첨단 소재 기술을 선도하고 있습니다.

ALCHEM Lab은 친환경 에너지 전환의 핵심인 그린 수소 생산을 위한 전기화학 촉매 개발에 집중하고 있습니다. 수전해 기반의 수소 생산은 탄소중립 실현을 위한 중요한 기술로, 본 연구실은 원자 수준의 계산과 실험적 접근을 결합하여 고활성·고내구성 촉매 소재를 설계합니다. 특히, 전이금속 단원자 촉매, 금속-산화물 복합체, 고엔트로피 합금 등 다양한 촉매 시스템에서 반응 메커니즘을 규명하고, 효율적 수소 발생을 위한 활성점 구조를 최적화합니다. 촉매의 활성, 선택성, 안정성 등 핵심 성능 지표를 향상시키기 위해, 밀도범함수이론(DFT) 기반의 전자구조 해석과 머신러닝 기반의 힘장 개발, 고속 시뮬레이션 기법 등을 적극적으로 활용합니다. 이를 통해 수소 발생 반응(HER), 산소 발생 반응(OER), 전체 물 분해 반응 등 다양한 전기화학 반응에서의 촉매 성능을 예측하고, 실험적 합성 및 평가와 연계하여 최적의 촉매를 도출합니다. 이러한 연구는 수소 경제의 실현과 더불어, 연료전지, 이산화탄소 전환, 암모니아 합성 등 다양한 에너지·화학 공정의 효율화에도 기여하고 있습니다. ALCHEM Lab은 촉매 설계의 이론적 기반을 확립하고, 실용화 가능한 고성능 촉매 개발을 통해 지속가능한 에너지 기술 혁신을 선도하고 있습니다.

본 연구실은 차세대 이차전지, 고체전해질, 금속-공기전지 등 다양한 에너지 저장 시스템에 적용 가능한 소재의 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 배터리 전극 및 전해질 소재의 이온 이동 메커니즘, 계면 안정성, 수명 및 안전성 향상을 위한 구조적·화학적 설계 전략을 제시합니다. 예를 들어, 아르기로다이트 고체전해질의 이온전도 특성, 아연 및 나트륨 금속 전지의 덴드라이트 억제 메커니즘, 고성능 전극 소재의 표면 및 계면 제어 등 다양한 주제를 다룹니다. 또한, 반도체 소재 및 공정 연구에서도 원자 수준의 시뮬레이션을 통해 소자 성능 향상과 신뢰성 확보에 기여하고 있습니다. 실리콘, 금속산화물, 2차원 소재 등 다양한 반도체 시스템에서의 계면 반응, 결함 제어, 박막 성장 메커니즘 등을 규명하며, 차세대 반도체 소자의 효율적 설계와 제조 공정 최적화에 필요한 과학적 근거를 제공합니다. 이러한 연구는 에너지 저장 및 변환 소자의 고성능화, 장수명화, 안전성 확보에 필수적인 기반 기술을 제공하며, 미래 에너지 및 정보통신 산업의 혁신을 이끌고 있습니다. ALCHEM Lab은 계산과학과 실험을 융합한 다학제적 접근을 통해, 실질적 산업 응용이 가능한 첨단 소재 개발에 앞장서고 있습니다.