연구실은 연료전지와 전기화학 에너지 전환 장치에서 사용되는 나노촉매의 활성 및 내구성 향상에도 강점을 보인다. 특히 Pt 기반 산소환원반응(ORR) 촉매와 합금 나노입자의 구조 설계를 통해 높은 초기 활성을 유지하면서도 장시간 운전 중 성능 저하를 최소화하는 전략을 연구한다. 이는 연료전지 상용화의 핵심 제약인 촉매 용출, 입자 성장, 지지체 열화와 같은 현상을 근본적으로 이해하고 제어하는 방향으로 진행된다. 이를 위해 나노입자의 크기 효과, 합금 조성, 표면 strain, 결정성, 담지체 상호작용 등을 체계적으로 조절하고, 실시간 전기화학 분석과 방사광 기반 분광·산란 기법을 결합하여 열화 메커니즘을 추적한다. 연구실의 관심은 단순히 더 오래가는 소재를 찾는 데 있지 않고, 왜 특정 구조가 더 안정한지, 어떤 전기화학적 조건에서 열화가 가속되는지를 계면 수준에서 해석하는 데 있다. 이러한 지식은 연료전지뿐 아니라 수전해, CO2 전환, 고온 수계 전기화학 시스템 등 다양한 응용으로 확장될 수 있다. 이 연구는 궁극적으로 에너지 장치의 신뢰도 향상과 비용 절감에 기여한다. 귀금속 사용량을 줄이면서도 높은 성능을 유지하는 촉매 설계 원리를 확보하면, 연료전지와 수전해 기술의 경제성이 크게 향상될 수 있다. 또한 신뢰도 있는 열화 프로토콜과 진단 방법을 함께 개발함으로써 연구 단계의 우수 성능이 실제 운전 환경에서도 재현될 수 있도록 하는 기반을 마련한다.

이 연구 주제는 수전해와 같은 전기화학적 에너지 전환 시스템에서 병목 반응으로 작용하는 산소발생반응(OER)의 본질을 이해하고, 더 높은 활성과 안정성을 동시에 갖는 촉매를 설계하는 데 초점을 둔다. 연구실은 특히 이리듐 산화물과 전이금속 기반 hydr(oxy)oxide 촉매에서 실제 반응 중 형성·변화하는 활성점의 구조와 전자 상태를 정밀하게 규명하고자 한다. 이는 단순한 조성 최적화를 넘어, 어떤 표면 종이 실제 활성점으로 작동하는지, 그리고 그 활성점이 운전 조건에서 얼마나 안정하게 유지되는지를 밝히는 근본 연구에 해당한다. 이를 위해 실시간 분광 전기화학 분석, 전기화학 계면 분석, 엑스선 기반 구조 분석, 용출 거동 측정 등 다양한 in situ/operando 기법을 활용하여 반응 중 촉매 표면의 동적 변화를 추적한다. 특히 활성과 안정성이 상충하는 전기촉매 시스템에서, 반응성 높은 표면이 동시에 빠른 열화를 유발할 수 있다는 점에 주목하여 활성-안정성 상관관계를 정량적으로 해석한다. 이러한 접근은 산성 수전해 환경과 같은 가혹한 조건에서도 장시간 작동 가능한 촉매 설계 원리를 도출하는 데 중요한 역할을 한다. 궁극적으로 이 연구는 고효율 그린수소 생산을 위한 핵심 촉매 기술의 기반을 제공한다. 활성점의 생성, 재구성, 용출, 재침착 등의 현상을 통합적으로 이해함으로써 기존의 경험적 촉매 개발을 데이터 기반·메커니즘 기반 설계로 전환할 수 있다. 또한 산소발생반응의 전기화학 계면을 정밀 제어하는 전략은 차세대 수전해 장치의 효율 향상과 귀금속 사용량 절감에도 기여할 수 있다.

연구실의 또 다른 핵심 축은 그린수소 생산을 위한 차세대 수전해 시스템 개발이다. 특히 음이온교환막수전해(AEMWE), 양극성 수전해, 해수 수전해와 같이 차세대 플랫폼으로 주목받는 시스템에서 촉매, 전극, 분리막, 막전극접합체(MEA), 스택에 이르는 전주기 요소기술을 통합적으로 연구한다. 단순히 개별 소재 성능을 높이는 데 그치지 않고, 실제 장치 수준에서 높은 전류밀도, 낮은 과전압, 우수한 내구성을 동시에 달성하는 것을 목표로 한다. 이 과정에서 연구실은 비귀금속 촉매와 기능성 계면 소재 개발, 음이온교환막의 치수 및 화학 안정성 확보, 대면적 균일 코팅 공정, 스택 구동 조건 최적화 등 복합적인 공학 문제를 다룬다. 특히 해수 전해에서는 염화물 이온과 경쟁 반응을 제어하는 선택적 이온 반응 설계가 중요하며, 양극성 수전해에서는 물해리 촉매와 막 저항을 동시에 고려한 계면 제어가 핵심이다. 이런 연구는 실험실 수준의 촉매 성능을 실제 시스템 성능으로 연결하는 데 필요한 융합적 접근을 보여준다. 이러한 연구는 재생에너지 연계형 수소 생산의 실용화를 앞당기는 데 직접적으로 기여한다. 태양광·풍력과 같은 변동성 전원과 연계되기 위해서는 수전해 장치가 부하 변화에 빠르게 대응하면서도 장기적으로 안정해야 하므로, 소재-전극-MEA-스택을 아우르는 통합 설계가 필수적이다. 연구실은 이러한 요구에 대응하여 저비용·고내구성 수전해 플랫폼을 구축하고, 향후 산업적 확장성과 실증 가능성까지 고려한 기술 개발을 수행하고 있다.