본 연구실은 차세대 리튬 이온 배터리의 성능을 극대화하기 위해 고용량 실리콘 및 리튬 금속 음극 소재 개발에 주력하고 있습니다. 실리콘은 기존 흑연 음극에 비해 이론적 용량이 매우 높지만, 충·방전 과정에서 발생하는 심각한 부피 팽창과 이에 따른 구조적 불안정성, 전기화학적 열화 현상 등 다양한 문제점이 존재합니다. 이를 극복하기 위해 본 연구실에서는 나노 구조 제어, 복합화, 표면 코팅 등 다양한 소재 공학적 접근법을 적용하고 있습니다. 특히, 실리콘과 리튬 금속의 복합 구조 설계, 나노 크기의 실리콘 입자 합성, 그리고 고효율 전해질 및 계면 안정화 기술을 통해 충·방전 시 발생하는 부피 변화와 계면 반응을 효과적으로 제어하고 있습니다. 이러한 연구는 실리콘 기반 음극의 장기 수명과 고에너지 밀도 구현에 핵심적인 역할을 하며, 실제 상용화에 가까운 수준의 전지 성능을 달성하고 있습니다. 이와 더불어, 리튬 금속 음극의 경우 덴드라이트(수지상 결정) 성장 억제와 계면 안정화가 중요한 이슈로 대두되고 있습니다. 본 연구실은 초박막 리튬 실리사이드 계면층, 탄소 나노튜브 기반 복합체 등 혁신적인 소재 설계를 통해 리튬 금속 음극의 안정성 및 수명 향상에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 미래 전고체 배터리 및 고에너지 밀도 이차전지의 상용화에 중요한 기반을 제공합니다.

본 연구실은 차세대 에너지 저장장치로 각광받는 전고체 배터리(All-Solid-State Battery, ASSB) 분야에서도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용함으로써 안전성, 에너지 밀도, 수명 등에서 기존 리튬 이온 배터리 대비 뛰어난 장점을 가집니다. 하지만 고체 전해질과 전극 간의 계면 저항, 소재의 기계적·화학적 안정성, 대면적 셀 제조 공정 등 다양한 기술적 난제가 존재합니다. 연구실에서는 황화물, 산화물, 고분자 기반의 다양한 고체 전해질 소재 합성 및 특성 평가를 진행하고 있으며, 고용량 음극(실리콘, 리튬 금속) 및 고성능 양극 소재와의 복합화 기술을 개발하고 있습니다. 또한, 코인셀, 파우치셀 등 다양한 형태의 셀 설계 및 제작 기술을 보유하고 있으며, 실제 구동 환경에서의 전기화학적 성능 평가와 장기 신뢰성 검증을 통해 실용화 가능성을 높이고 있습니다. 특히, 전고체 배터리의 계면 안정화 및 소재 간 결합력 향상을 위한 계면 공학, 맞춤형 셀 구조 설계, 그리고 대면적·대량 제조 공정 개발에 집중하고 있습니다. 이러한 연구는 미래 전기차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 고안정성·고에너지 밀도 배터리 구현에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

이차전지의 성능과 수명은 전극 소재의 구조적 특성과 계면의 안정성에 크게 좌우됩니다. 본 연구실은 실리콘-흑연 복합 음극, 다공성 구조, 나노구조 제어, 표면 코팅 등 다양한 구조적 설계와 계면 공학 기술을 통해 전극의 기계적 안정성, 전기화학적 반응성, 그리고 장기 내구성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 실리콘 음극의 부피 팽창 문제를 해결하기 위해 다공성 구조 설계, 코어-셸 구조, 층상 나노구조 등 다양한 형태의 복합체를 개발하고 있습니다. 또한, 전극-전해질 계면에서 발생하는 불안정한 고체 전해질 계면(SEI) 형성을 억제하고, 안정적인 계면을 유도하기 위한 표면 코팅 및 첨가제 개발도 활발히 진행 중입니다. 이러한 구조 제어 및 계면 공학 연구는 전지의 초기 효율, 충·방전 속도, 수명 특성 등 실질적인 성능 향상에 직접적으로 기여하고 있습니다. 더불어, 실제 상용화에 적합한 대면적 전극 제조 공정과 고밀도 전극 설계 기술도 함께 개발하여, 연구 결과가 산업 현장에 빠르게 적용될 수 있도록 노력하고 있습니다.