Energy and Environmental Materials Laboratory
지구환경공학부 주종훈
에너지/환경 소재 연구실은 연료전지, 청정수소 생산, 전고체 배터리, 암모니아 생산, 반도체 소재 등 다양한 에너지 및 환경 소재 분야의 첨단 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 소재의 근본적 특성 이해와 더불어, 실제 산업 현장에 적용 가능한 혁신적 소재 및 공정 기술 개발을 목표로 하고 있습니다. 특히, 연료전지와 고체산화물 전기화학 소자(SOFC, SOEC) 개발, 청정수소 생산 및 이산화탄소 자원화, 결정결함화학 기반 첨단 세라믹 소재 응용 등 다양한 연구 분야에서 탁월한 성과를 내고 있습니다.
연구실의 주요 연구 분야 중 하나인 연료전지 및 고체산화물 전기화학 소자 개발은 고효율, 고내구성, 고안정성 소재 설계와 전기화학 반응 메커니즘 분석을 통해 차세대 에너지 변환 및 저장 기술의 상용화를 앞당기고 있습니다. 또한, 알칼라인 수전해, 고체산화물 전기분해, 촉매 반응 등을 활용한 청정수소 생산 및 CO2 자원화 기술은 기후변화 대응과 탄소중립 실현에 직접적으로 기여할 수 있는 핵심 원천기술로 평가받고 있습니다.
본 연구실은 세라믹 소재의 결정결함화학, 전기화학, 나노구조화, 표면 개질 등 첨단 소재 과학의 이론과 실험을 융합하여, DRAM용 high-k 소재, 바이오세라믹, 항균 세라믹, 물 정화용 세라믹 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 삼성전자 등 산업체와의 산학협력, 대형 국책과제 수행, 국내외 특허 및 논문 발표 등 다양한 성과를 통해 연구실의 우수성을 입증하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 국내외 에너지·환경 산업의 혁신을 이끌고, 지속가능한 미래 사회 구현에 중요한 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 에너지/환경 소재 연구실은 소재 과학의 근본적 이해와 실용화 기술 개발을 바탕으로, 차세대 에너지 및 환경 문제 해결을 위한 선도적 연구를 지속해 나갈 것입니다.
연구실은 학생 및 연구원들의 창의적 아이디어와 다양한 산학연 협력을 바탕으로, 미래 에너지·환경 소재 분야의 글로벌 리더로 성장하고 있습니다. 지속적인 연구 역량 강화와 혁신적 기술 개발을 통해, 국내외 에너지·환경 분야의 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
Solid State Batteries
Electrolysis Cells
Electrochemical Analysis
연료전지 및 고체산화물 전기화학 소자 개발
에너지/환경 소재 연구실은 차세대 연료전지와 고체산화물 전기화학 소자(SOFC, SOEC) 개발에 중점을 두고 있습니다. 연료전지는 수소, 메탄 등 다양한 연료를 이용하여 전기를 생산하는 친환경 에너지 변환 장치로, 높은 효율과 낮은 배출가스 특성으로 미래 에너지 시스템의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 본 연구실에서는 고체산화물 연료전지의 전극 및 전해질 소재를 개발하고, 소재의 결정결함화학 및 전기화학적 특성을 심층적으로 분석하여 연료전지의 효율과 내구성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 고온에서 작동하는 SOFC와 SOEC의 소재 안정성, 전기화학 반응 메커니즘, 열적 충격 저항성 등 실용화에 필수적인 요소들을 실험적·이론적으로 규명합니다. 최근에는 전극 소재의 표면 개질, 나노구조화, 고성능 촉매 도입 등을 통해 연료전지의 출력 밀도와 장기 안정성을 크게 향상시키는 성과를 거두고 있습니다. 또한, 전고체 배터리용 전해질 소재, 나트륨 이차전지 등 차세대 에너지 저장 소자 개발에도 연구 범위를 확장하고 있습니다.
이러한 연구는 국내외 에너지 기업 및 연구기관과의 협력을 통해 실용화 단계까지 이어지고 있으며, 관련 특허와 논문 발표, 대형 국책과제 수행 등으로 그 우수성을 인정받고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 연료전지 및 고체산화물 전기화학 소자의 혁신적 소재와 공정 기술을 선도하여, 지속가능한 에너지 사회 구현에 기여할 것입니다.
청정수소 생산 및 이산화탄소 자원화 기술
본 연구실은 알칼라인 수전해, 고체산화물 전기분해(SOEC), 촉매 반응 등을 활용한 청정수소 생산과 이산화탄소(CO2) 자원화 기술 개발에 집중하고 있습니다. 수전해 기반 수소 생산은 재생에너지와 연계하여 탄소중립 실현의 핵심 기술로 부상하고 있으며, SOEC를 이용한 고온 전기분해는 높은 에너지 효율과 다양한 원료(물, CO2, NOx 등) 활용이 가능하다는 장점이 있습니다. 본 연구실은 세라믹 기반 전극·전해질 소재 설계, 촉매 표면 개질, 전기화학 반응 메커니즘 분석 등을 통해 수소 생산 효율과 내구성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
이와 더불어, CO2를 전기화학적으로 환원하여 메탄, 합성가스, 암모니아 등 고부가가치 화합물로 전환하는 기술도 중점적으로 연구합니다. 다중 이온전도성 분리막, 고성능 촉매, 반응기 설계 등 다양한 접근법을 통해 CO2 자원화의 효율과 경제성을 높이고, 실제 산업 공정에 적용 가능한 원천 기술을 확보하고 있습니다. 최근에는 메탄과 CO2의 동시 전환, 수소 생산과 연계된 복합 반응 시스템 개발 등 융합적 연구도 활발히 진행 중입니다.
이러한 연구는 기후변화 대응, 탄소중립 실현, 에너지 전환 등 글로벌 이슈 해결에 직접적으로 기여할 수 있는 미래지향적 분야입니다. 본 연구실은 국내외 산학연 협력, 대형 국책과제 수행, 특허 및 논문 발표 등 다양한 성과를 통해 청정수소 생산 및 CO2 자원화 기술의 선도적 연구그룹으로 자리매김하고 있습니다.
결정결함화학 및 첨단 세라믹 소재 응용
에너지/환경 소재 연구실은 결정결함화학과 전기화학을 기반으로 한 첨단 세라믹 소재 및 공정 기술 개발에 강점을 가지고 있습니다. 결정결함화학은 소재 내의 결함(공공, 치환, 계면 등)이 전기적·화학적 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하는 학문으로, 연료전지, 배터리, 반도체, 바이오세라믹 등 다양한 분야의 소재 성능 향상에 필수적인 역할을 합니다. 본 연구실은 세라믹 소재의 결함 구조 제어, 도핑, 표면 개질 등을 통해 전도도, 촉매 활성, 내구성 등 핵심 물성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다.
특히, DRAM용 high-k 소재, 바이오세라믹, 항균 세라믹, 물 정화용 세라믹 등 전자·바이오·환경 분야로의 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 삼성전자 등 산업체와의 협력을 통해 DRAM 캐패시터용 소재의 결함 분석 및 공정 기술을 개발하고, 항균 세라믹 나노입자, 고성능 바이오세라믹 소재 등 다양한 실용화 연구를 추진하고 있습니다. 또한, 세라믹 복합체, 나노구조화, 고온 공정 등 첨단 제조기술 개발에도 주력하고 있습니다.
이러한 연구는 소재 과학의 근본적 이해와 더불어, 실제 산업 현장에 적용 가능한 혁신적 솔루션을 제공하는 데 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 국내외 특허, 논문, 산학협력 프로젝트 등 다양한 성과를 통해 결정결함화학 및 첨단 세라믹 소재 응용 분야에서 국내외적으로 높은 평가를 받고 있으며, 앞으로도 미래 산업을 선도할 핵심 소재 및 공정 기술 개발에 앞장설 것입니다.
1
Enhancing OER Activity Through Water Treatment‐Induced Surface Reconstruction of Metal Surfaces
Small, 2025
2
Fabricating advanced metal oxide pellets for superior heat storage stability
Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2024
3
Designing the Solid Oxide Electrochemical Cell for Superior Thermal Shock Resistance
ACS Energy Letters, 2024
1
고온전기분해 활용 이산화탄소(CO2) 에너지화 기술개발
2
다중 이온전도성 분리막을 사용한 CO2 자원화 및 메탄 고부가가치화 coupling 기술 개발
3
탄화규소섬유 및 복합체의 전파흡수 특성 및 메커니즘 규명
