이 연구실은 전기화학 기반 에너지 변환 기술의 핵심인 촉매 소재를 설계하고, 특히 수전해 반응에서 높은 활성과 내구성을 동시에 확보할 수 있는 저비용 전이금속계 촉매 개발에 주력하고 있다. 최근 수행 과제와 논문을 보면 산소발생반응(OER), 수소발생반응(HER), 고전류 밀도 조건에서의 전극 안정성, 격자 산소가 반응에 기여하는 촉매 메커니즘 등 실제 응용에 가까운 조건에서의 전기화학 반응 제어가 중요한 축을 이룬다. 이는 귀금속 의존도를 낮추면서도 그린수소 생산의 경제성을 높이기 위한 방향과 맞닿아 있다. 연구 방법 측면에서는 전이금속 황화물, 수산화물, 산화물, MOF 유래 나노복합체 등 다양한 촉매 조성을 합성하고, 계면 구조와 결함 상태를 정밀하게 조절하여 반응 속도를 향상시키는 접근을 활용한다. 특히 삼상계면 최적화, 산소 공공 제어, 도핑 및 에칭 공정, 스프레이 파이롤리시스와 배치형 공정을 통한 대량합성 기술은 실험실 수준을 넘어 공정 확장성까지 고려한 연구 전략으로 볼 수 있다. 또한 전기화학 분석과 물성 분석을 결합해 촉매 열화 원인과 반응 메커니즘을 해석하는 점도 특징적이다. 이 연구의 기대 효과는 수전해 시스템, 연료전지, 친환경 화학공정 등에서 적용 가능한 고효율·고내구성 촉매 플랫폼을 확보하는 데 있다. 단순히 높은 초기 성능을 보이는 소재를 제안하는 수준을 넘어서, 실제 산업적 운전 조건에서 장시간 안정하게 작동하는 전극 구조와 제조법을 제시함으로써 차세대 수소에너지 기술의 상용화 기반을 강화할 수 있다. 향후에는 촉매-전극-분리막 일체형 설계와 스케일업 제조기술이 결합되면서 연구실의 성과가 에너지 모듈 단위 시스템으로 확장될 가능성이 크다.

이 연구실의 또 다른 핵심 분야는 리튬 기반 차세대 에너지 저장 소자를 위한 전극·전해질·분리막 기술 개발이다. 프로젝트와 특허를 종합하면 고내열성·고안정성의 고분자-free 분리막, 육방정계 질화붕소(h-BN) 나노시트 기반 분리막, 그래핀 산화물 및 세라믹 기반 분리층, 리튬 금속 전지 및 전고체 전지용 소재 연구가 체계적으로 진행되고 있다. 이는 고에너지밀도 전지에서 빈번하게 발생하는 열폭주, 덴드라이트 성장, 계면 불안정성 문제를 근본적으로 해결하기 위한 연구 방향으로 해석된다. 세부적으로는 저차원 나노소재를 활용해 이온 전달 경로를 정교하게 제어하고, 분리막의 기계적 강도와 열적 안정성을 동시에 높이는 데 초점을 둔다. 더불어 실리콘계 음극, MOF 유래 복합 전극, 프러시안 블루 유사체, 고체전해질 및 하이브리드 고분자 전해질 등 전지 전반의 구성 요소를 포괄적으로 연구하여 성능 저하의 원인을 다각도로 분석한다. 회의 발표 내역에서도 리튬이온전지, 리튬황전지, 전고체 리튬금속전지까지 폭넓은 시스템에 적용 가능한 소재 설계가 확인되며, 단순 소재 합성뿐 아니라 전기화학적 수명 특성과 열화 메커니즘 규명까지 연구 범위가 확장되어 있다. 이 분야의 연구는 고출력·고안전성 에너지 저장장치 구현에 직접 연결된다. 특히 전기차, 웨어러블 전자기기, 분산형 에너지 저장 시스템에서는 높은 에너지밀도만큼이나 화재 안전성과 장기 신뢰성이 중요하므로, 분리막과 계면 제어 기술의 중요성이 매우 크다. 연구실은 기능성 나노소재를 기반으로 차세대 전지의 안정성 문제를 해결하는 동시에, 실제 소자 수준에서 적용 가능한 제조 공정과 구조 설계를 제안함으로써 차세대 배터리 산업에 실질적 기여를 할 수 있는 연구 역량을 보유하고 있다.

이 연구실은 유연·섬유형·마이크로 스케일 에너지 저장소자 개발에도 강점을 보인다. 등록 특허에는 섬유형 슈퍼커패시터 및 전극 제조기술이 포함되어 있고, 최근 발표들에서는 레이저 유도 그래핀, 질소 도핑 그래핀, 산소 공공 제어 MnO2 전극, 와이어형 에너지 저장 시스템, 인플레인 마이크로 슈퍼커패시터 등이 다수 확인된다. 이는 차세대 웨어러블 전자기기, 유연 센서, 자가전원 시스템과 직접 연결되는 응용 지향적 연구라고 볼 수 있다. 핵심 기술은 전극 재료의 전도성 향상, 전해질과의 계면 안정화, 기계적 변형 조건에서도 유지되는 전하 저장 성능 확보에 있다. 연구실은 다공성 금속 기판, 전도성 섬유다발, 그래핀 기반 미세 전극, 금속 산화물 및 황화물 나노구조체를 조합하여 높은 비정전용량과 우수한 반복 안정성을 얻는 방향으로 연구를 전개하고 있다. 또한 전기장 효과, 산소 공공, 레독스 매개체, 겔 전해질과 같은 요소를 적극적으로 활용해 충방전 거동과 전하 이동을 정밀하게 조절한다. 이러한 접근은 단순히 성능 수치를 높이는 데 그치지 않고, 휨과 신장 등 실제 사용 환경에서의 안정성을 고려하는 점에서 의미가 크다. 이 연구는 웨어러블 헬스케어, 전자섬유, 초소형 센서 플랫폼, 차세대 IoT 소자와 같은 분야에서 중요한 기반 기술이 된다. 특히 유연성과 에너지 저장 성능을 동시에 만족시키는 소자 설계는 기존 경직된 배터리·커패시터 구조로는 해결하기 어려운 과제이기 때문에, 나노구조 전극과 신형 전해질을 결합한 연구의 파급력이 크다. 앞으로는 에너지 저장 기능뿐 아니라 센싱, 에너지 하베스팅, 집적형 전자소자와의 융합이 가능해지면서, 연구실의 유연 전기화학 소자 연구는 다기능 플랫폼으로 발전할 가능성이 높다.