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김기재 연구실
성균관대학교 에너지과학과 김기재 교수
전고체배터리
리튬금속전지
계면공학
연구 영역
기본 정보
논문·특허
과제
구성원

김기재 연구실

성균관대학교 에너지과학과 김기재 교수

김기재 연구실은 리튬이차전지와 레독스 플로우 이차전지 전반의 전기화학공학 기반 에너지재료 연구를 수행합니다. 전고체배터리에서는 유전 특성을 활용해 산화물 양극-황화물 고체전해질 계면의 space-charge layer 형성을 완화하고, anode-less 구성에서는 lithiophilic seed layer와 dual-solid electrolyte를 결합해 계면 단락 민감도를 낮추는 방향으로 연구합니다. 또한 리튬황 전지에서는 ordered mesoporous 호스트로 폴리설파이드를 고정화하고, 불용성 리튬설파이드 형성을 계면 제어 관점에서 유도하는 기술을 개발합니다. 리튬 금속 및 고에너지 리튬이온 전지에서는 열폭주 억제 분리막, Li plating 억제 충전 프로토콜, 전자빔 기반 드라이 전극 표면 기능화로 안전성과 성능을 동시에 개선하는 연구를 수행합니다.

전고체배터리리튬금속전지계면공학고체전해질건식전극
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전고체·무(無)양극 배터리 계면 제어 및 공간전하 억제 연구 thumbnail
전고체·무(無)양극 배터리 계면 제어 및 공간전하 억제 연구
Interfacial Engineering for All-Solid-State and Anode-less Batteries to Suppress Space-Charge Effect
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
|
인용수 1
·
2025
Dual Flame‐Retardant Mechanism‐Assisted Suppression of Thermal Runaway in Lithium Metal Batteries with Improved Electrochemical Performances (Adv. Energy Mater. 2/2025)
Jin Hyeok Yang, Yeon Kyeong Jeong, Wontak Kim, Min A Lee, Jang Wook Choi, Hyun‐seung Kim, Ki Jae Kim
IF 26 (2025)
Advanced Energy Materials
논문 번호 2304366에서 장욱 최(Jang Wook Choi), 현승 김(Hyun-seung Kim), 기재 김(Ki Jae Kim) 및 동료 연구자들은 연소 과정에서 가스 상과 응축 상 모두에서 DBDPE와 CaO 복합 소재를 적용하여 이중 소화 효과를 달성하였다. 또한 이들은 분리막 성능을 향상시켜 수지상(dendrite) 성장의 억제를 효과적으로 구현하는 리튬 금속 배터리를 개발하였으며, 고성능 응용 분야에서 향상된 안전성과 안정성을 제공한다.
https://doi.org/10.1002/aenm.202570006
Materials science
Thermal runaway
Lithium metal
Fire retardant
Lithium (medication)
Electrochemistry
Dual (grammatical number)
Metal
Thermal
Mechanism (biology)
2
Article
|
·
인용수 2
·
2025
Comprehensive Analysis of Anode‐Less Batteries with Lithiophilic Seeds in Liquid and Solid‐State Electrolytes
Jihoon Oh, Jisub Kim, Sangjin Bae, Heejin Kim, Tae Yong Lee, Seung Ho Choi, Gaeun Park, Sanghoon Ji, Ki Jae Kim, Jang Wook Choi
IF 26 (2025)
Advanced Energy Materials
무양극(anode-less) 배터리는 음극(anode)에 기존의 활성 물질을 요구하지 않음으로써 에너지 밀도와 제조 효율을 극대화한다는 점에서 차세대 전기화학적 에너지 저장 분야의 최전선에 있다. 지속적으로 문제가 되는 리튬(Li) 덴드라이트 형성을 완화하기 위한 시도는 음극 전류 집전체(anode current collector)에 리티오필릭(lithiophilic) 시드층(seed layer)을 사용하는 연구로 이어져 왔다. 본 논문에서는 액체 및 고체 전해질 환경 모두에서 전기화학적 거동과 구조적 거동을 분석함으로써 보호 중간층(protective interlayers)으로서 다양한 리티오필릭 금속 박막의 체계적인 평가를 제시한다. 액체 전해질 시스템은 선택한 금속에 관계없이 보편적으로 빠른 용량 감소를 겪는 반면, 고체상 시스템은 재료 의존적인 사이클 안정성을 보이며, 사이클 수명은 주로 내부 단락(short circuit)에 대한 취약성에 의해 제한된다. 이러한 한계는 Li 계면 에너지 제어를 결합한 이중 고체 전해질 이중 구조(dual-solid electrolyte architecture)를 개발함으로써 극복되었으며, 이를 통해 임계 전류 밀도를 유의하게 향상시킨다. 이 접근법은 무양극 전(全)고체 배터리의 실온에서의 안정적인 구동을 가능하게 하며, 150 사이클 동안 82.8%의 용량 유지율을 달성한다. 본 포괄적 연구는 금속 중간층의 결정적 이중 역할과 전해질의 물리적 상태가 무양극 배터리 성능을 좌우하는 핵심 요인임을 규명하며, 고급 무양극 시스템을 위한 근본적인 설계 원칙을 정립한다.
https://doi.org/10.1002/aenm.202502711
Materials science
Anode
Electrolyte
Solid-state
Quasi-solid
Chemical engineering
Nanotechnology
Engineering physics
Electrode
Physical chemistry
3
Article
|
인용수 3
·
2025
Hyper‐Areal‐Capacity Dry Electrodes (22.6 mAh cm −2 ) Enabled by Electron Beam‐Induced Functionalization of Fibrillated PTFE for High‐Energy‐Density Li‐ion Batteries (>400 Wh kg −1 )
Jong‐Uk Won, Bo Keun Park, Joonhyeong Choi, Ki Jae Kim
IF 26 (2025)
Advanced Energy Materials
PTFE(polytetrafluoroethylene) 바인더를 이용한 건식 공정(dry-processing) 방법은 고에너지 밀도 리튬이온전지(LIBs)를 위한 고적재(high-loading) 전극을 제조하는 유망한 접근법으로 여겨진다. 그러나 PTFE의 불소화된 표면은 기존 전해액에 의한 젖음(wetting)에 저항하여 이온 수송을 방해하고, 전극 전체에 걸쳐 비균일한 전기화학 반응을 유도한다. 본 연구에서는 두꺼운 전극 내부에 깊게 포함된 경우까지 포함하여, 섬유화(fibrillated)된 PTFE의 소수성 표면을 친수성 ─COOH 및 ─C═O 기를 갖는 전해액 호환 계면으로 전환하기 위한 혁신적 전략을 제시한다. 이는 건식 전극을 제조한 후 전자빔(EB) 조사(electron beam irradiation)를 직접 적용함으로써 달성된다. 제작된 건식 전극에 적용되는 이러한 EB 조사 전략은 신속하고 용매가 없으며, 고도의 침투성을 가진다. 따라서 이는 건식 전극 제조 공정과 매우 잘 호환되어 지속가능성 및 비용 문제를 직접적으로 해결한다. 향상된 젖음성에 힘입어, EB 조사된 건식 전극은 두꺼운 전극 전반에서 리튬이온의 이동이 현저하게 향상되고 균일해졌으며, 그 결과 초고적재 전극(100 mg cm −2 , 22.6 mAh cm −2 )에서도 우수한 전기화학적 성능을 제공하였다. 또한 89.51%의 용량 유지율을 보이는 안정적인 사이클링 성능을 나타내며, 셀 수준 에너지 밀도는 449.4 Wh kg −1 에 도달하였다. 본 전략은 건식 공정의 친환경적이고 지속가능한 특성을 훼손하지 않으면서도 건식 전극이 지니는 고유한 과제를 극복함으로써 고에너지 밀도 배터리를 향한 중요한 경로를 제공한다.
https://doi.org/10.1002/aenm.202504841
Electrode
Wetting
Surface modification
Electrochemistry
Polytetrafluoroethylene
Irradiation
Cathode ray
최신 정부 과제
16
과제 전체보기
1
2025년 2월-2030년 2월
|6,112,200,000
이차전지소재셀제조산업전문인력양성
이차전지 소재 및 셀 제조 산업을 선도하기 위한 산업계 수요 기반의 석·박사 전문 인재 양성 및 산업계 적시 공급
이차전지
인력양성
특화교육
첨단산업
에너지 저장
2
2024년 6월-2028년 12월
|1,430,800,000
초장수명 리튬황 전지 구현을 위한 분자전환 키네틱 기반 불용성 리튬설파이드 가변 유도 계면 제어 기술
450 Wh/kg급 장수명 리튬황 전지 구현을 위한 분자전환 키네틱 기반 불용성 리튬설파이드 가변 유도 계면 제어 기술 개발
초장수명 리튬황전지
분자전환 키네틱
불용성 리튬설파이드 가변 유도
계면 제어
450 Wh/kg 파우치 셀
3
2024년 6월-2030년 12월
|500,000,000
한계돌파형 차세대 이차전지 산업수요 대응을 위한 미래선도 인재 양성
차세대 이차전지 분야의 기술 난제를 해결하고 민간 기술 수요에 대응할 수 있는 과학 기술적 역량을 갖춘 혁신기술인재 양성(석사 80명 이상, 박사 30명 이상, 사후관리 대상 포함)[세부목표]1. 차세대 이차전지 전문인력 양성센터 설치 및 고도화2. 전문인력 양성센터 특색에 맞는 교과/비교과 과정 설계 및 고도화3. 차세대 이차전지 원천소재 및 셀 설계/...
인력양성
이차전지
리튬이온전지
에너지저장장치
최신 특허
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2024건식 방법으로 제조된 양극, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지1020240147047
공개2024양극활물질, 그 제조 방법, 및 이를 이용한 리튬 이차전지1020240073624
등록2024이차전지용 분리막, 그 제조 방법, 및 이를 이용한 이차전지1020240072136
전체 특허

건식 방법으로 제조된 양극, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

상태
등록
출원연도
2024
출원번호
1020240147047

양극활물질, 그 제조 방법, 및 이를 이용한 리튬 이차전지

상태
공개
출원연도
2024
출원번호
1020240073624

이차전지용 분리막, 그 제조 방법, 및 이를 이용한 이차전지

상태
등록
출원연도
2024
출원번호
1020240072136