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에너지물질순환연구실
고려대학교 본교(제1캠퍼스) 기계공학부
강용태 교수
에너지 저장 소재 개발
차세대 배터리 기술
전고체 전해질
기본 정보
연구 분야
프로젝트
논문
구성원

에너지물질순환연구실

고려대학교 본교(제1캠퍼스) 기계공학부 강용태 교수

에너지 재료 연구실(Energy Materials Laboratory, EML)은 에너지 저장 및 변환 기술 개발에 중점을 둔 연구 공간으로, 고려대학교 신공학관에 위치하고 있습니다. 연구실은 지속 가능한 에너지 미래를 구현하기 위해 차세대 배터리와 전기화학적 변환 기술의 핵심 소재를 개발하고, 혁신적인 에너지 시스템을 설계하는 데 주력하고 있습니다. EML의 연구는 리튬-황, 메탈-공기, 전고체 배터리 등 차세대 에너지 저장 시스템의 한계를 극복하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 이를 위해 전고체 전해질, 금속 음극 안정화, 기능성 바인더 및 분리막 개질 기술을 연구하며, 고성능 양극 및 음극 소재를 설계합니다. 이러한 첨단 기술은 전기자동차, 스마트 그리드, 에너지 저장 장치와 같은 현대적 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 또한, 연구실은 에너지 변환 분야에서도 선도적인 역할을 하고 있습니다. 수소 생산 및 물 분해 반응에 적합한 전기촉매 설계, PEM 연료전지 개발, 폐기물 재활용 기반의 소재 응용 등 환경과 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 혁신적인 기술을 연구합니다. EML은 다학제적 접근과 국제적인 연구 협력을 통해 학문적 성과를 창출하며, 동시에 산업적 응용 가능성이 높은 기술을 개발하여 에너지 산업의 발전에 기여하고 있습니다. 지속 가능한 미래를 위한 실질적이고 혁신적인 솔루션을 제시하는 것이 연구실의 궁극적인 목표입니다.

에너지 저장 소재 개발차세대 배터리 기술전고체 전해질리튬-황 배터리금속-공기 배터리
대표 연구 분야
연구 영역 전체보기
이산화탄소 포집 및 환기 시스템 개발 (Development of CO2 Capture and Ventilation Systems) thumbnail
이산화탄소 포집 및 환기 시스템 개발 (Development of CO2 Capture and Ventilation Systems)
연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.

5개년 연도별 논문 게재 수

113총합

5개년 연도별 피인용 수

1,902총합
주요 논문
3
논문 전체보기
1
article
|
hybrid
·
인용수 4
·
2025
Precisely controllable microwave-driven reconstruction of Ni-Co-Fe trimetallic needle structures on nitrogen-doped carbon as bifunctional oxygen catalysts for Zn–air batteries
Youngsun Cha, Hoyoung Jang, Dowon Noh, Young‐Hoon Seong, Jungkyu Choi, Tae‐Won Kim, Jaewook Seo, Jiheon Kim, Joon Hyung Shim, Yong Tae Kang, Wonjoon Choi
Advanced Composites and Hybrid Materials
Abstract Zinc–air batteries (ZABs) are regarded as promising options for sustainable energy storage due to their high specific energy density, cost-effectiveness, and environmental friendliness. However, their scalability is rendered challenging because of high overpotential, slow kinetics in the bifunctional oxygen evolution reaction/oxygen reduction reaction, and instability in alkaline environments. Herein, we report the development of a highly active bifunctional oxygen catalyst, denoted as TON@NC (trimetallic oxide needles on nitrogen-doped carbon), which consists of Ni-Co-Fe oxide nanoneedles uniformly anchored on a nitrogen-doped carbon network. The synthesis of TON@NC is implemented by a hydrothermal process that creates hydroxide, followed by thermal heating using microwaves. The optimized TON@NC catalyst retains its desirable structural porosity and exhibits exceptional bifunctional oxygen catalytic performance owing to well-designed oxygen vacancies and suitable crystallite sizes. TON@NC demonstrates enhanced performance in oxygen catalytic reactions, with a half-wave potential of 0.78 V and an active potential of 1.49 V in alkaline environments, outperforming carbon-based precious metal catalysts. Furthermore, ZABs employing TON@NC as the air cathode show remarkable cycling stability over 300 h and an outstanding output power density of 100.5 mW cm −2 . This facile and adaptable synthetic strategy can accelerate the development of porous hybrids composed of precisely engineered nitrogen-doped carbon backbones combined with advanced multi-metallic catalysts for energy storage applications. Microwave-assisted reconstruction strategy is devised to fabricate a highly active bifunctional oxygen catalyst, named as TON@NC, in which Ni-Co-Fe trimetallic oxide needles are anchored on nitrogen-doped carbon network structures. TON@NC demonstrates highly enhanced oxygen catalytic reactions, with a half-wave potential of 0.78 V and an active potential of 1.49 V in alkaline environments, while ZABs employing TON@NC as the air cathode show remarkable cycling stability over 300 h and an outstanding output power density of 100.5 mW cm −2 . Graphical Abstract
https://doi.org/10.1007/s42114-025-01421-y
Bifunctional
Catalysis
Oxygen
Carbon fibers
Materials science
Microwave
Doping
Nitrogen
Chemical engineering
Inorganic chemistry
2
article
|
인용수 2
·
2025
Liquid-state dipolarcaloric refrigeration cycle with nitrate-based salts
Seonggon Kim, J. Shin, Ga-ram Jeong, Dae Young Jung, Jiachen Li, Zhenyuan Xu, R.Z. Wang, Yong Tae Kang
Science
The environmental burden of vapor compression refrigeration has driven interest in alternatives. Caloric refrigeration cycles offer a path forward, but most rely on solid-state materials with limited temperature lift, low performance, and poor fluidity, which hinder scalability. We introduce a liquid-phase dipolarcaloric refrigeration cycle utilizing endothermic dissolution of nitrate-based salts regenerated through electrodialysis. This cycle achieves large adiabatic temperature changes and high coefficients of performance. We identified effective saltwater pairs and validated the cycle experimentally, supported by thermodynamic modeling. Among these pairs, ammonium nitrate is suited for refrigeration, and potassium nitrate is appropriate for air conditioning. The system uses abundant, low-cost materials, and its fluidic nature ensures efficient heat transfer and scalability. This work establishes dipolarcaloric cooling as a viable alternative for environmentally responsible refrigeration.
https://doi.org/10.1126/science.adz7967
Refrigeration
Endothermic process
Adiabatic process
Ammonium nitrate
Refrigerant
Potassium nitrate
Vapor-compression refrigeration
Work (physics)
Thermodynamic cycle
3
article
|
인용수 8
·
2024
Boosted thermogalvanic thermopower upon solid-to-liquid phase transition
Dongjoon Shin, K RYU, Daehyun Kim, Eunho Choi, Seunghoon Chae, Y. P. Lee, Yong Tae Kang, Sangtae Kim, Wonjoon Choi
IF 30.8 (2024)
Energy & Environmental Science
Exploiting the entropy of fusion among thermogalvanic devices and the associated configurational entropy change of bulk alkali metal alloys enables significant boosting of the thermopower from 1.5 mV K −1 to 26.1 mV K −1 for Na 2+ x K alloys.
https://doi.org/10.1039/d4ee01642d
Seebeck coefficient
Materials science
Alkali metal
Fusion
Condensed matter physics
Thermodynamics
Boosting (machine learning)
Phase transition
Entropy of fusion
Entropy (arrow of time)
최신 정부 과제
44
과제 전체보기
1
주관|
2023년 8월-2025년 12월
|58,458,000
제로배출 자연냉매 복합발전 시스템 최적화 및 기술경제성 평가
* 1차년도: 제로배출 자연냉매 복합발전 시스템 적용 구성요소 수치해석 모델 개발 1) 구성요소 수치해석 모델 개발 및 3D 프린팅 기법 적용 열교환기 최적화 - 임계점 근처 열물리학적 특성변화 고려 물질/열전달 해석모델 개발 - 작동인자를 고려한 범용 열전달 Nusselt number 상관식 개발 및 오차범위 분석 - 작동인자를 고려한 범용 압력강하 상관식 개발 및 오차범위 분석 * CO2 포집시스템 적용 아민기능화 흡수제 개발 - 배출가스 구동조건 고려 아민기능화 화학적 흡수제 개발 및 거동특성 평가 - 아민기능화 흡수제의 최적 작동페어 선정, 반응열 및 CO2 포집성능 평가 * 2차년도: 구성요소 수치해석 모델의 실험적 평가 및 검증 1) 3D 프린팅 기법 적용 열교환기 제작 및 성능평가 - Lab-scale 열교환기 성능 평가 및 열전달 상관식, 압력강하 상관식 검증 2) 아민기능화 흡수제 적용 CO2 포집시스템 구축 및 성능평가 - 배출가스 구동조건 고려 CO2 포집시스템 구축 (1 bar, 25 oC, 5-15 vol% CO2) - 최적 아민기능화 흡수제 적용 CO2 포집시스템의 capture capacity/kinetics, 내구성, 에너지 소비량 분석 * 3차년도: 제로배출 자연냉매 복합발전 시스템 통합성능 평가 - 제로배출 자연냉매 복합발전 시스템(통합된 CO2 포집 및 CCHP 사이클)의 수치해석 기반 성능평가 - 비주거 또는 주거형 건물 적용 시나리오 기반 통합사이클 설계 및 에너지 저감, 이산화탄소 배출 저감, 경제성 평가
CO2 포집
금속 3D 프린팅 열교환기
CO2 복합발전 시스템
초임계 CO2 사이클
기술경제성 평가
2
2023년 8월-2025년 12월
|150,181,000
제로배출 자연냉매 복합발전 시스템 최적화 및 기술경제성 평가
* 최종 연구 목표 - 제로배출 자연냉매 (CO2) 복합발전 시스템 (CCHP) 해석 모델 개발 및 건물 적용 시나리오 기반 기술경제성 최적화 (CO2 배출, 에너지 소비, 경제성) - 열물리학적 특성을 고려한 구성요소 수치해석 모델 개발 및 3D 프린팅 열교환기 최적화 - CCHP 적용 아민기능화 흡수제 기반 CO2 포집 사이클 에너지 최적설계 - 제로배...
CO2 포집
금속 3D 프린팅 열교환기
CO2 복합발전 시스템
초임계 CO2 사이클
기술경제성 평가
3
협동|
2023년 3월-2027년 12월
|1,080,100,000
대용량 대온도차 히트펌프 요소기술 개발
본 과제는 산업 폐열을 효과적으로 활용하여 고온의 스팀을 생산하는 대용량 대온도차 히트펌프의 핵심 기술을 개발하는 연구임. 이는 에너지 효율을 높이고 탄소 배출을 줄이는 데 크게 기여하는 목표를 가짐. 연구 목표는 R1233zd(E) 냉매 구동 대용량 히트펌프용 증발기, 응축기, 퍼지유닛, 중온수 열원 스팀발생기, 습공기/물 열교환기 및 터보 히트펌프 전열관 등 핵심 컴포넌트 기술을 개발하는 데 있음. 또한, 대용량 습공기/물 열교환기 요소기술 및 산업용 히트펌프 성능평가/표준화 기술 개발을 포함함. 핵심 연구 내용은 이상유동 분배기, 기액분리기, 적하장치 시험장치 및 퍼지설비 구축임. 3.5 MW급 스팀 제너레이터, 2.3 MW급 공기 열교환기, 1000RT급 히트펌프 응축기/증발기 시제품 제작 및 성능시험을 완료함. 최적 전열관 형상 결정과 판형 타입 습공기/물 열교환기 설계, 제작, 성능평가, 그리고 산업용 히트펌프 성능평가/표준화 기술 개발을 수행함. 기대 효과는 Low GWP 냉매 구동기술 및 대용량 대온도차 컴포넌트 설계/제작/시험기술 등 핵심요소기술 확보임. 경제적으로는 산업 공정 비용 절감, 화석 연료 사용 및 탄소세 저감, 에너지 사용량 저감을 통해 국내 산업 보호 및 해외 시장 확장에 기여할 것으로 전망됨.
증발기
응축기
공기/물 열교환기
스팀발생기
폐열회수
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2024이산화탄소 포집 및 발전 시스템1020240043142
공개2023저온열원 구동 하이브리드 열에너지 및 전기에너지 관리 시스템1020230107707
취하2022열 및 전기 에너지 동시 저장 이산화탄소 배터리 시스템1020220132260
전체 특허

이산화탄소 포집 및 발전 시스템

상태
공개
출원연도
2024
출원번호
1020240043142

저온열원 구동 하이브리드 열에너지 및 전기에너지 관리 시스템

상태
공개
출원연도
2023
출원번호
1020230107707

열 및 전기 에너지 동시 저장 이산화탄소 배터리 시스템

상태
취하
출원연도
2022
출원번호
1020220132260
연구실 하이라이트
연구실의 정보를 AI가 요약해서 키워드 중심으로 정리해두었어요
차세대에너지
차세대 배터리 혁신 기술
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기술파급력
고효율 CO2 포집 및 자원화 기술
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지속가능기술
지속가능한 열에너지 관리 솔루션
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나노소재혁신
기능성 나노소재 기반 에너지 기술 혁신
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SCIE논문
세계적 수준의 연구 성과 및 학술적 리더십
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연구자역량
에너지 분야 R&D 리더, 강용태 교수 연구팀
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