본 연구 주제는 리튬이차전지의 에너지밀도와 수명을 동시에 향상시키기 위한 고성능 양극소재 개발에 초점을 둔다. 특히 Li-rich layered cathode와 Ni-rich 양극소재처럼 높은 용량을 구현할 수 있는 계열을 중심으로, 충·방전 과정에서 발생하는 구조 변화와 전압 저하, 비가역 용량 손실의 원인을 정밀하게 규명하는 데 중점을 둔다. 이러한 연구는 전기차, 에너지저장장치(ESS), 고출력 전원 시스템 등 차세대 에너지 응용 분야의 핵심 기반 기술로 이어진다. 연구실은 산화환원 반응의 진화, 산소 방출, 전이금속의 원자가 변화, 탈리튬 깊이에 따른 초기 비가역 반응 등을 분석하여 양극소재의 성능 열화를 설명하는 전기화학적·구조적 메커니즘을 체계적으로 탐구한다. 이를 위해 방사광 X-선 분석, XAS, XPS, 구조 해석, 전기화학 평가를 결합해 소재 내부와 계면에서 일어나는 반응을 다각도로 파악한다. 또한 단입자 하이니켈 양극, 도핑 전략, 저비용 용융염 기반 one-pot 합성 공정을 통해 실제 양산 가능성까지 고려한 소재 설계를 추진한다. 이 연구의 궁극적 목표는 높은 니켈 함량과 고용량 특성을 가지면서도 장수명과 안전성을 동시에 확보하는 차세대 양극소재 플랫폼을 구축하는 것이다. 구조 붕괴와 전압 강하를 억제하고, 초기 비가역 용량을 줄이며, 반복 충·방전 안정성을 향상시키는 기술은 고에너지밀도 전지의 상용화를 가속할 수 있다. 나아가 친환경·저가 공정을 접목함으로써 소재 혁신뿐 아니라 제조 혁신까지 연결하는 실용적 연구로 확장되고 있다.

본 연구 주제는 액체 전해질 기반 전지의 안전성 한계를 극복하기 위한 전고체전지 기술 개발에 집중한다. 황화물계 고체전해질을 중심으로 높은 이온전도도, 우수한 계면 안정성, 실제 셀 적용성을 동시에 만족하는 소재와 공정 기술을 확보하는 것이 핵심이다. 전고체전지는 화재 위험 저감과 높은 에너지밀도 구현이 가능해 차세대 배터리 기술의 유력한 방향으로 평가받고 있으며, 본 연구실은 그중에서도 실제 적용 가능성이 높은 실용형 설계에 강점을 보인다. 연구실은 황화물 기반 고체전해질의 조성 설계, 도핑, 미세구조 제어, 제조 공정 최적화와 함께 전극-전해질 계면에서 발생하는 화학적·기계적 문제를 심층 분석한다. 특히 액상공정 노출 시 구조 안정성, 복합양극과의 계면 반응, Li 금속과의 접촉 안정성, 고압 조립 환경에서의 필름 파손 및 강화 메커니즘 등을 방사광 X-선 분석과 고도 구조 해석, 시뮬레이션 기법으로 규명한다. 최근에는 pouch cell 수준에서 고체전해질 필름의 화학-기계적 강화와 실제 구동 안정성을 동시에 확보하는 방향으로 연구가 확장되고 있다. 이러한 연구는 실험실 수준의 소재 성능 향상을 넘어, 대면적 셀과 적층형 구조를 포함한 실용 전고체전지 구현으로 이어진다는 점에서 의미가 크다. 고이온전도성 소재의 개발과 계면 안정화 기술이 확보되면, 장수명·고안전성·고에너지밀도의 차세대 배터리 상용화가 앞당겨질 수 있다. 또한 소재 설계와 공정, 셀 구조를 통합적으로 다루는 접근은 전고체전지 산업 전반의 핵심 설계 원리를 제공하는 중요한 기반이 된다.

본 연구 주제는 MOFs/COFs와 같은 다공성 유기골격체를 활용하여 차세대 에너지 저장 전극소재를 개발하는 데 초점을 둔다. 금속유기골격체와 공유유기골격체는 높은 비표면적, 구조적 다양성, 조성 설계 자유도를 바탕으로 이차전지와 슈퍼커패시터용 소재로서 큰 가능성을 지닌다. 연구실은 이러한 골격체를 직접 전극으로 사용하거나, 금속·금속산화물·다공성 탄소 구조로 전환해 고성능 에너지 저장소재로 구현하는 융합 연구를 수행한다. 구체적으로는 nitro-triazine 기반 산화환원 활성 전극, 결함형 골격체, MOF/COF 유래 탄소 복합체, 그래핀 나노메시 전극 등 다양한 소재 플랫폼을 탐구한다. 연구 과정에서는 이온 저장 메커니즘, 전하 전달 경로, 기공 구조와 전기화학 성능의 상관관계를 분석하며, NH4+/H+ 듀얼 이온 저장, 고출력 슈퍼커패시터, 하이브리드 리튬이온 커패시터 응용까지 확장한다. 또한 합성의 단순화와 대면적 제조 가능성까지 고려해 실용성과 확장성도 함께 검토한다. 이 연구는 빠른 충전, 높은 출력, 긴 수명 특성이 요구되는 차세대 저장장치 개발에 직접적으로 기여한다. 특히 물류 자동화 시스템, 고출력 전원 장치, 보조 저장장치와 같은 응용 분야에서 하이브리드 커패시터 및 고속 충방전 소자의 성능 향상에 중요한 역할을 할 수 있다. 더 나아가 다공성 구조와 전기화학 반응의 정밀 설계를 통해 배터리와 커패시터의 장점을 결합하는 새로운 에너지 저장 패러다임을 제시한다.