이 연구 주제는 고체산화물 연료전지(SOFC)와 고체산화물 수전해전지(SOEC), 그리고 양방향 작동이 가능한 산화물 전기화학 셀의 성능을 저온 영역에서 극대화하는 데 초점을 둔다. 연구실은 500℃ 이하 또는 중온 영역에서도 높은 출력과 내구성을 확보할 수 있도록 박막 전해질, 기능성 전극층, 계면 중간층, 대면적 셀 구조를 통합적으로 설계한다. 이는 수소 기반 에너지 사회에서 발전과 수소 생산을 동시에 뒷받침할 수 있는 핵심 기술로 연결된다. 특히 연구실은 GDC, YSZ, LSCF, 양성자 전도성 산화물 등 다양한 기능성 세라믹 소재를 활용하여 산소 환원 반응, 이온 전도, 전극 분극 저항, 계면 반응 억제 문제를 정밀하게 다룬다. 논문과 발표 주제들에서 확인되듯이 입계 밀도 제어, 연료극 기능층의 나노구조화, 스퍼터링 기반 대면적 박막 증착, 다층 전해질 치밀화, 공기극 반응성 향상 등이 핵심 방법론으로 사용된다. 또한 단전지 수준을 넘어 대면적 셀과 스택 수준의 확장성까지 고려하여 실제 응용 가능성을 높이고 있다. 이 연구의 기대효과는 저온 작동형 연료전지의 상용화 가능성을 높이고, 청정 수소의 생산·활용을 연계하는 고효율 에너지 시스템을 구현하는 데 있다. 나아가 연료전지 발전 시스템, 수전해 기반 수소 생산, 양방향 전기화학 반응 플랫폼으로의 확장이 가능하며, 산업적으로는 분산전원, 건물용 전원, 이동체용 보조전원, 차세대 수소 인프라 분야에 파급효과가 크다. 연구실의 장점은 소재, 공정, 셀 구조, 시스템 응용을 하나의 연구 축으로 연결해 실질적 성능 향상과 제조 경쟁력을 동시에 추구한다는 점이다.

이 연구 주제는 기존의 고온 장시간 소결 공정을 대체하거나 보완할 수 있는 초고속 광 열처리 기술에 관한 것이다. 연구실은 intense pulsed light, flash-light sintering, 광소결, 회전형 광소결 장치와 같은 공정 기술을 이용해 세라믹 분말, 박막 전해질, 전극 코팅층을 짧은 시간 안에 결정화·치밀화하는 제조법을 개발하고 있다. 이는 에너지 소자의 생산성을 높이고 열 손상을 줄이며, 열에 민감한 기판이나 복합 구조에도 적용 가능한 차세대 공정으로 주목된다. 연구실의 관련 논문과 특허를 보면 LSCF/YSZ 계면 부반응 억제, LLTO 보호층의 저온·고속 형성, 산화물 박막의 결정성 향상, 대면적 전극 제작, 세라믹 분말 제조 등에서 광 기반 열처리의 강점이 확인된다. 기존 전기로 소결은 고온 유지 시간이 길어 계면 확산, 응집, 2차상 형성, 양이온 혼합 같은 문제가 발생할 수 있는데, 플래시 라이트 기반 공정은 필요한 에너지를 짧고 집중적으로 전달해 이러한 부작용을 줄일 수 있다. 연구실은 공정 변수와 미세구조, 전기화학 성능 사이의 상관관계를 체계적으로 분석하여 실제 소자 성능 향상으로 이어지도록 연구를 수행한다. 이 공정 연구는 단순한 제조 시간 단축을 넘어 차세대 에너지소자의 산업화 핵심 기반기술이 될 수 있다. 박막형 연료전지, 전고체전지, 기능성 산화물 소자, 대면적 세라믹 부품 등에서 공정 비용 절감과 양산성 향상이 가능하며, 고온 열처리 한계를 가진 소재 조합에도 새로운 설계 자유도를 제공한다. 또한 특허로 이어진 세라믹 분말 제조 기술은 소재 단계부터 공정 혁신을 구현한다는 점에서 의미가 크며, 향후 에너지·전자·환경 분야 전반으로 응용 확장이 가능하다.

이 연구 주제는 전고체 리튬이온전지에서 가장 중요한 난제 중 하나인 양극활물질과 고체전해질 사이의 계면 불안정성을 해결하는 데 초점을 둔다. 연구실은 특히 Ni-rich 양극활물질과 황화물계 또는 산화물계 고체전해질 사이에서 발생하는 화학적 부반응, 계면 저항 증가, 열적 불안정성, 양이온 혼합 문제를 줄이기 위해 보호막과 완충층 설계 기술을 연구한다. 이를 통해 고에너지밀도 전고체전지의 초기 성능과 장기 안정성을 동시에 확보하고자 한다. 대표적으로 LLTO와 같은 페로브스카이트형 산화물을 보호층으로 적용하고, 원자층증착(ALD) 및 플래시 라이트 소결을 활용해 균일하고 치밀한 코팅층을 형성하는 전략이 두드러진다. 관련 논문에서는 고온 공정에서 발생하기 쉬운 응집과 2차상 형성, 양이온 혼합을 억제하면서도 높은 이온전도성과 화학적 안정성을 유지하는 보호층 제조가 핵심 성과로 제시된다. 학술대회 발표들에서도 ALD 기반 완충층, 보호막 두께 최적화, 열안전성 향상, 고전압 전고체전지 안정화 등의 주제가 반복적으로 나타나 연구실의 축적된 전문성이 확인된다. 이 연구는 차세대 이차전지의 수명, 안전성, 에너지밀도 향상에 직접적으로 기여한다. 특히 전기차와 대규모 에너지저장장치에서 요구되는 고출력·고안전성 배터리 기술의 핵심 기반이 될 수 있으며, 산화물 보호막 기술은 다양한 양극재와 전해질 조합으로 확장될 가능성이 크다. 연구실은 소재 합성, 계면 분석, 박막 공정, 전기화학 평가를 통합하여 전고체전지 상용화를 가속하는 실질적 해법을 제시하고 있다.