멤브레인 기반 에너지 변환 기술은 연료전지, 배터리 등 전기화학적 에너지 변환 시스템을 중심으로 발전해왔습니다. 본 연구실에서는 특히 메탄올 연료전지 시스템을 활용한 휴대용 에너지 응용 분야에 집중하여, 효율적인 연료 공급 시스템을 개발하였습니다. 이러한 시스템은 소형화와 고효율을 동시에 달성하기 위해 멤브레인 소재의 선택과 구조적 최적화에 많은 연구가 이루어졌습니다. 최근에는 해수와 담수의 염도차를 이용한 역전기투석(reverse electrodialysis) 기술이 재생에너지 분야에서 주목받고 있습니다. 본 연구실은 이온교환 멤브레인에 대한 풍부한 경험을 바탕으로, 역전기투석을 통한 에너지 생산 효율 극대화를 목표로 하고 있습니다. 실험적 연구와 컴퓨터 시뮬레이션을 병행하여, 멤브레인 구조, 이온 선택성, 유로 설계 등 다양한 인자를 체계적으로 분석하고 있습니다. 이러한 연구는 저에너지형 담수화, 폐에너지 회수, 친환경 발전 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 역전기투석을 통한 전력 생산은 기존의 화석연료 기반 발전에 비해 환경적 부담이 적고, 해양 및 하천 등 다양한 환경에서 적용 가능성이 높아 미래 에너지 기술의 핵심으로 자리매김하고 있습니다.

전자기기의 안전성과 신뢰성 확보를 위해서는 효과적인 열 관리가 필수적입니다. 본 연구실은 전자기기 및 고출력 LED 조명 장치의 냉각을 위한 다양한 열관리 기술을 개발해왔으며, 특히 무소음 공랭 방식에 주목하고 있습니다. 이온풍(ionic wind) 효과를 활용한 무소음 공랭 장치는 팬이나 모터 등 기계적 구동부가 없어 소음이 거의 발생하지 않으며, 에너지 효율 또한 높다는 장점이 있습니다. 대용량 냉각이 필요한 경우에는 진동형 히트파이프(pulsating heat pipe) 기술을 접목하여 냉각 성능을 극대화하고 있습니다. 이러한 기술은 전자기기 뿐만 아니라, 연료전지, 배터리, 고출력 조명 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다. 실험적 연구와 수치해석을 통해 냉각 구조의 최적화, 열전달 특성 분석, 신소재 적용 등 다각적인 연구가 이루어지고 있습니다. 이온풍 기반 냉각 기술은 기존의 팬 기반 냉각 방식에 비해 소음 저감, 공간 절약, 유지보수 용이성 등에서 우수한 성능을 보입니다. 앞으로는 소형화, 집적화가 진행되는 전자기기 시장에서 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대되며, 친환경적이고 에너지 효율적인 냉각 솔루션으로서의 가치가 높아지고 있습니다.

나노스케일에서의 물질 및 열 전달 현상은 기존의 거시적 이론으로 설명하기 어려운 복잡한 특성을 보입니다. 본 연구실은 분자동역학 시뮬레이션(molecular dynamics simulation)을 활용하여, 멤브레인 나노공을 통한 물 분자의 이동, 이온의 선택적 투과, 열전달 특성 등 다양한 현상을 원자 수준에서 분석하고 있습니다. 이러한 시뮬레이션 연구는 실험적으로 관찰하기 어려운 미시적 구조와 동역학을 이해하는 데 큰 도움을 줍니다. 특히, 해수 담수화와 같은 에너지 집약적 공정에서 고효율 멤브레인 개발을 위해, 다양한 나노공 구조(예: 아쿠아포린 모방 나노공, 그래핀 기반 멤브레인 등)의 물 이동 특성을 체계적으로 연구하고 있습니다. 또한, 나노공의 표면 특성, 기하학적 구조, 전하 분포 등이 물질 이동 및 열전달에 미치는 영향을 정량적으로 분석하여, 차세대 멤브레인 설계에 필요한 과학적 근거를 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 물 정화, 에너지 변환, 바이오센서 등 다양한 분야로 확장될 수 있으며, 나노공학 기반의 신기술 개발에 중요한 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 분자동역학 시뮬레이션과 실험적 검증을 병행하여, 나노스케일에서의 물질 및 열 전달 메커니즘을 심층적으로 규명할 계획입니다.