동아대학교
화학공학과
이정규
동아대학교 화학공학과 이정규 교수 연구실은 에너지 저장 및 변환, 석유화학 촉매, 반응공학 분야에서 세계적 수준의 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 차세대 이차전지(리튬이온, 리튬-황, 슈퍼커패시터 등)와 관련된 고성능 전극소재 개발, 기능성 나노소재 합성, 그리고 석유화학 부산물의 고부가가치화 촉매공정 개발에 중점을 두고 있습니다.
특히, 실리콘, 망간산화물, 철계, 탄소 기반의 다양한 나노구조체를 설계·합성하여 기존 흑연 음극재의 한계를 극복하고, 고용량·고안정성·장수명 특성을 갖는 혁신적 전극소재를 개발하고 있습니다. 제올라이트 템플릿, 마그네슘 열 환원법, 중공 탄소 복합화 등 첨단 합성법을 도입하여, 실리콘 기반 음극재의 대량생산 및 상용화 가능성을 높이고 있습니다. 또한, 슈퍼커패시터용 투명 전극 소재, 리튬-황 전지용 황-탄소 복합체 등 다양한 에너지 저장 장치에 적용 가능한 소재 플랫폼을 확장하고 있습니다.
석유화학 분야에서는 FCC LCO 등 정유 부산물로부터 BTX(벤젠, 톨루엔, 자일렌 등)와 같은 고부가가치 경방향족 화합물 생산을 위한 선택적 수첨처리, 수첨분해, 이성질화 촉매 및 반응공정 개발에 앞장서고 있습니다. 제올라이트 기반 하이브리드 촉매, 금속-산 복합 촉매, 분자크기 선택성 촉매 등 다양한 촉매 시스템을 설계하고, 반응 메커니즘 및 촉매의 구조-성능 상관관계를 심층적으로 연구합니다. CO2 전환, 수소 생산 및 저장, 합성가스 전환 등 에너지·환경 문제 해결을 위한 촉매 반응공학 연구도 활발히 진행 중입니다.
이 연구실은 소재의 구조적·화학적 특성 분석, 전기화학적 성능 평가, 대면적·대량합성 공정 개발까지 포괄적으로 연구하며, 산업적 실용화와 차세대 에너지 저장 및 변환기술의 상용화를 목표로 하고 있습니다. 국내외 정유·화학기업, 에너지 기업과의 산학협력, 특허 및 기술이전, 국제 학술대회 발표 등 활발한 대외 활동을 통해 연구성과의 실용화와 사회적 파급효과를 극대화하고 있습니다.
이정규 교수 연구실은 에너지 저장 및 변환, 촉매공학, 반응공학 분야에서 창의적이고 도전적인 연구를 통해 미래 에너지 및 화학산업의 혁신을 선도하고 있습니다. 학부생, 대학원생, 박사후연구원 등 다양한 연구 인력이 참여하여, 첨단 연구장비와 융합적 연구환경 속에서 세계적 수준의 연구성과를 창출하고 있습니다. 에너지·환경 문제 해결과 지속가능한 미래사회를 위한 핵심 원천기술 개발에 기여하고자 끊임없이 노력하고 있습니다.
에너지 저장을 위한 기능성 나노소재 및 이차전지 기술
본 연구실은 차세대 에너지 저장 시스템의 핵심인 이차전지(리튬이온, 리튬-황, 슈퍼커패시터 등) 개발을 위해 기능성 나노소재의 합성과 응용에 중점을 두고 있습니다. 특히 실리콘, 망간산화물, 철계, 탄소 기반의 나노구조체를 설계하여 기존 흑연 음극재의 한계를 극복하고, 고용량·고안정성·장수명 특성을 갖는 새로운 전극소재를 개발하고 있습니다. 이러한 소재는 충·방전 시 발생하는 부피팽창, 전기전도성 저하, 수명 저하 등 기존 소재의 문제점을 해결할 수 있도록 복합화, 중공 구조 설계, 표면 개질 등 다양한 나노공학적 접근법을 적용하고 있습니다.
실리콘 기반 음극재의 경우, 제올라이트 템플릿, 마그네슘 열 환원법, 중공 탄소 복합화 등 혁신적인 합성법을 도입하여 고용량과 장수명을 동시에 달성하고 있습니다. 또한, 망간산화물, 철플루오라이드 등 다양한 전이금속 산화물/탄소 복합체를 개발하여 리튬이온 및 리튬-황 전지의 성능을 극대화하고 있습니다. 슈퍼커패시터용 투명 전극 소재(V2O5/ZnO 등) 개발도 병행하여, 다양한 에너지 저장 장치에 적용 가능한 소재 플랫폼을 확장하고 있습니다.
이러한 연구는 소재의 구조적·화학적 특성 분석, 전기화학적 성능 평가, 대면적·대량합성 공정 개발까지 포괄적으로 이루어지며, 산업적 실용화와 차세대 에너지 저장기술의 상용화를 목표로 하고 있습니다. 최근에는 액체 및 고체 전해질 기반 리튬-황 전지, 하이브리드 전지 시스템 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다.
석유화학 촉매 및 반응공학: 고부가가치 화학제품 생산과 친환경 에너지 변환
본 연구실은 석유화학 부산물 및 중질유로부터 고부가가치 경방향족(BTX: 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등) 화합물 생산을 위한 혁신적 촉매 및 반응공정 개발에 주력하고 있습니다. 다환 방향족 탄화수소의 선택적 수소화, 수첨분해, 이성질화 등 다양한 촉매 반응을 통해 기존 공정의 에너지 효율을 높이고, 환경 친화적이며 경제적인 대체 생산 경로를 제시하고 있습니다. 이를 위해 제올라이트 기반 하이브리드 촉매, 금속-산 복합 촉매, 분자크기 선택성 촉매 등 다양한 촉매 시스템을 설계하고, 반응 메커니즘 및 촉매의 구조-성능 상관관계를 심층적으로 연구합니다.
특히, FCC LCO(Fluid Catalytic Cracking Light Cycle Oil)와 같은 정유 부산물의 업그레이드를 위한 선택적 수첨처리 및 수첨분해 반응에 최적화된 촉매를 개발하여, BTX 수율을 극대화하고 촉매의 장기 안정성을 확보하는 데 성공하였습니다. 또한, CO2 전환, 수소 생산 및 저장, 합성가스 전환 등 에너지·환경 문제 해결을 위한 촉매 반응공학 연구도 활발히 진행 중입니다. 전기화학적 촉매(일렉트로캐탈리시스) 기술을 활용한 CO2의 고부가 화학물질 전환, 수소 저장 매체(LOHC) 개발 등 미래 에너지 변환 분야로도 연구를 확장하고 있습니다.
이러한 연구는 실험실 수준의 촉매 합성 및 반응 평가를 넘어, 실제 산업 공정에 적용 가능한 촉매 설계, 반응기 개발, 공정 최적화까지 연계되어 있습니다. 국내외 정유·화학기업, 에너지 기업과의 산학협력, 특허 및 기술이전, 국제 학술대회 발표 등 활발한 대외 활동을 통해 연구성과의 실용화와 사회적 파급효과를 극대화하고 있습니다.
1
Synthesis, Characterization of Graphene Sheets and Their Composites with Silicon Nanoparticles for Li-ion Battery Anodes
윤태균, 최성현, 배명환, 조미경, 이승용, 최재호, 이정규
,
2
Highly Dispersed Silicon Particles in Nanostructured Carbon for Li-ion Battery Anodes
윤태균, 조미경, Harold H. Kung, 이정규
, 2009
3
Reassembled Graphene-Platelets Encapsulated Silicon Nanoparticles for Li-ion Battery Anodes
T. Yoon, M. Cho, Y.-W. Suh, E.-S. Oh, J. K. Lee
J. Nanosci. Nanotech., 2011
1
실리콘 소재를 이용한 고용량 리튬 이차전지 음극소재 개발