NPRL 연구실
나노과학기술대학 조채용
NPRL 연구실은 나노에너지공학 분야에서 세계적 수준의 연구 역량을 보유한 연구실로, 차세대 이차전지용 나노구조 전극 소재 개발을 핵심으로 다양한 에너지 소재 및 소자 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 리튬이온 및 나트륨이온 이차전지의 고성능화, 장수명화, 고안정성 실현을 목표로, 풀러렌(C60), TiNb2O7, Fe2O3, Fe3O4, SnO2, WS2, FeS 등 다양한 금속 산화물 및 탄소계 나노소재의 합성과 전기화학적 특성 평가에 집중하고 있습니다.
특히, 결정질 풀러렌(C60) 기반의 혁신적 음극 소재 개발과 그 저장 메커니즘 규명, 다양한 도핑 및 표면 개질 기술을 활용한 나노구조 전극의 성능 향상, 그리고 실제 셀 단위에서의 장기 내구성 평가 등 기초부터 응용까지 전주기적 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 바이오매스 유래 탄소, 보론·질소 도핑 탄소 나노섬유, FeS@NCG 등 친환경적이고 저비용의 차세대 이차전지 소재 개발에도 앞장서고 있습니다.
이와 더불어, 본 연구실은 에너지 소재의 구조-물성-공정 상관관계 해석을 통해 신소재 설계 및 최적화에 대한 독보적 노하우를 축적하고 있습니다. 다양한 합성 및 후처리 공정(플라즈마, 어닐링, 도핑 등)을 개발하고, 첨단 분석장비와 이론적 시뮬레이션을 활용하여 소재의 미세구조, 계면 특성, 이온/전자 전도 메커니즘을 심층적으로 규명하고 있습니다.
플라즈마 공정, 광촉매, 태양전지 등 에너지 융합 소재 및 소자 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 플라즈마 기반 표면 개질, 고효율 광촉매 및 태양전지 소재 개발, 투명전극 및 박막 소자 응용 등 다양한 분야에서 융합적 연구를 통해 미래 에너지 및 환경 산업의 혁신을 선도하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 국내외 유수 학술지 논문, 특허, 산학협력 프로젝트, 정부지원 대형 연구사업 등으로 이어지고 있으며, 이차전지 혁신융합대학 사업단, 기술인력양성사업 등 국가적 에너지 인재 양성 및 산업 발전에도 크게 기여하고 있습니다. NPRL 연구실은 앞으로도 나노에너지공학 분야의 선도적 연구와 실용화, 그리고 융합 인재 양성을 통해 지속적인 혁신을 추구할 것입니다.
Photocatalysis
Photocatalyst
Nano-scale Materials
차세대 이차전지용 나노구조 전극 소재 개발
본 연구실은 리튬이온 및 나트륨이온 이차전지의 성능을 극대화하기 위한 나노구조 전극 소재 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히 풀러렌(C60), TiNb2O7, Fe2O3, Fe3O4, SnO2, WS2, FeS 등 다양한 금속 산화물 및 황화물 기반의 나노소재를 합성하고, 이를 카본 코팅, 그래핀 랩핑, 이종구조화 등 첨단 표면공학 기법과 융합하여 전극의 전기화학적 특성을 향상시키고 있습니다. 이러한 소재들은 높은 에너지 밀도, 우수한 속도 특성, 장기 사이클 안정성, 그리고 뛰어난 안전성을 동시에 달성할 수 있도록 설계되고 있습니다.
특히, 본 연구실은 결정질 풀러렌(C60) 나노입자 및 나노로드를 활용한 리튬 저장 메커니즘을 세계 최초로 규명하였으며, 다양한 합성 조건(성장 시간, 건조 온도, 어닐링 조건 등)에 따른 구조적·전기화학적 특성 변화를 체계적으로 분석하고 있습니다. 이를 통해 고성능 이차전지용 음극 소재의 상용화 가능성을 제시하고, 실제 셀 단위에서의 성능 평가 및 장기 내구성 실험도 병행하고 있습니다.
이와 더불어, 나트륨이온 이차전지용 보론·질소 도핑 탄소 나노섬유, 양파 유래 바이오매스 탄소, FeS@NCG 등 다양한 차세대 음극 소재의 합성과 이온 저장 메커니즘 해석에도 집중하고 있습니다. 이러한 연구는 친환경적이면서도 저비용, 고효율의 에너지 저장 시스템 구현에 기여하고 있습니다.
에너지 소재의 구조-물성-공정 상관관계 및 신소재 설계
본 연구실은 나노스케일 에너지 소재의 구조, 물성, 공정 간의 상관관계를 심층적으로 연구하여, 새로운 기능성 소재의 설계 및 최적화에 앞장서고 있습니다. 소재과학의 기본 원리인 구조-물성-공정 관계를 기반으로, 다양한 화학적, 열적, 기계적 공정 조건이 소재의 결정 구조, 표면 특성, 전기적·광학적 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석합니다. 이를 통해 소재의 미세구조 제어, 결함 엔지니어링, 계면 안정성 향상 등 실질적인 소재 혁신을 실현하고 있습니다.
특히, 본 연구실은 다양한 금속 산화물, 황화물, 탄소계 나노소재의 합성 및 후처리(플라즈마, 어닐링, 도핑 등) 공정 개발에 강점을 가지고 있습니다. 이를 바탕으로, 이차전지, 태양전지, 촉매, 센서 등 다양한 에너지 및 환경 응용 분야에 적합한 신소재를 설계하고, 실제 소자 제작 및 성능 평가까지 전주기적 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 소재의 구조적 안정성, 이온/전자 전도 특성, 계면 반응 메커니즘 등 근본적인 물리·화학적 현상을 첨단 분석장비와 이론적 시뮬레이션을 통해 규명하고 있습니다.
이러한 연구는 에너지 저장 및 변환 소자의 고효율화, 장수명화, 고안정성 실현에 필수적인 기반 기술을 제공하며, 미래 에너지 산업의 혁신을 이끌 핵심 원천기술로 자리매김하고 있습니다.
플라즈마 및 광촉매, 태양전지 등 에너지 융합 소재 연구
본 연구실은 이차전지 소재 연구뿐만 아니라, 플라즈마 공정, 광촉매, 태양전지 등 다양한 에너지 융합 소재 및 소자 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 플라즈마 처리를 통한 표면 개질, 나노구조 형성, 전극 계면 특성 향상 등은 이차전지뿐만 아니라 태양전지, 센서, 촉매 등 다양한 분야에서 소재의 성능을 극대화하는 핵심 기술로 활용되고 있습니다.
광촉매 분야에서는 TiO2, BaFe2O4, SrFeNbO6, ZnFe2O4 등 다양한 산화물 및 페로브스카이트 구조체를 기반으로, 가시광 활성화, 수소 생산, 유기물 분해 등 친환경 에너지 변환 및 환경 정화 응용을 위한 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 태양전지 분야에서는 고효율 염료감응형 태양전지, CIGS 박막 태양전지, 투명전극 소재(AZO, ITO 등) 개발 등 차세대 태양광 발전 기술에도 기여하고 있습니다.
이와 같은 융합 연구는 에너지 저장과 변환, 환경 정화, 신재생 에너지 등 다양한 미래 산업 분야에서의 실질적 응용 가능성을 높이고, 다학제적 접근을 통한 혁신적 소재 및 소자 개발을 선도하고 있습니다.
1
Super-fast sodium storage properties of nitrogen-doped graphene-based material synthesized via arc-discharge method
I.Jeon, C.Kim, M. Kang, H.W.Kim, H.Chen, H.S.Youn, M.J.Kim, C.-R.Cho*
Batteries, 2025
2
Realization of a 2H–Si microneedle with an ultrafast growth rate of 6.7 × 104 Å·s−1
S.Mun, K.H.Kim, ... W.H.Shin, M.Kim, S.M.Koo, W.J.Lee, C.-R.Cho, Y.H.Kang, H.S.Ahn
Semicond. Sci. Technol., 2025
3
Enhanced Li storage of pure crystalline-C60 and TiNb2O7-nanostructure composite for Li-ion battery anodes
I.Jeon, L.Yin, D.Yang, H.Chen, S.W.Go, M.S.Kang, H.S.Ahn, C.-R.Cho*
Journal of Energy Chemistry, 2024
2
결정질 풀러렌(C60) 신소재 합성과 난연성 전해질을 적용한 리튬이온 이차전지 전기화학적인 성능 연구
3
신개념 광자-이온 융합 에너지저장 소재 설계 및 시스템 개발
