차세대 에너지 소재 개발은 본 연구실의 핵심 연구 분야 중 하나로, 알칼리 이온 배터리, 연료전지, 그리고 고성능 리튬 이온 배터리(LIBs)용 활성 물질의 설계와 최적화에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 LFP, LMFP, NCM, Li-rich와 같은 다양한 조성의 고에너지 밀도 배터리 소재를 개발하며, 이를 통해 에너지 저장 장치의 효율성과 안정성을 극대화하고자 합니다. 이러한 연구는 전기차, 에너지 저장 시스템(ESS), 휴대용 전자기기 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 고성능, 장수명, 고안정성 배터리의 실현을 목표로 합니다. 소재의 미세구조 제어, 표면 개질, 도핑 및 합성 방법의 혁신을 통해 전극 소재의 전기화학적 특성을 향상시키고, 실제 셀 제작 및 평가까지 아우르는 통합적 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 본 연구실은 배터리 소재의 구조적 안정성, 전기화학적 반응 메커니즘, 그리고 충·방전 과정에서의 변화 등을 심층적으로 분석하여 차세대 에너지 소재의 상용화 가능성을 높이고 있습니다. 이를 통해 지속가능한 에너지 사회로의 전환에 기여하고자 합니다.

현대 사회에서 배터리 사용량이 급증함에 따라, 사용 후 배터리 및 폐소재의 효율적인 재활용과 업사이클링 기술 개발이 중요한 과제로 부상하고 있습니다. 본 연구실은 사용이 종료된 리튬 이온 배터리(Spent LIBs)와 연료전지 등 다양한 폐소재의 자원순환을 위한 혁신적인 공정 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 폐배터리에서 유가 금속 및 활성 물질을 효과적으로 회수하고, 이를 새로운 에너지 소재로 재활용하는 기술을 연구합니다. 직접적 탄화환원법, 고온 열처리, 화학적 추출 등 다양한 공정을 통해 환경 친화적이고 경제적인 재활용 솔루션을 제시하고 있습니다. 또한, 업사이클링을 통해 회수된 소재의 성능을 극대화하여, 기존 소재보다 더 우수한 특성을 갖는 신소재로 재탄생시키는 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 자원 고갈 문제 해결과 환경 오염 저감에 기여할 뿐만 아니라, 순환경제 실현을 위한 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 본 연구실은 산업계와의 협력을 통해 실제 적용 가능한 재활용·업사이클링 기술의 상용화에도 힘쓰고 있습니다.

본 연구실은 수소 생산, 연료전지, 금속-공기 전지 등 다양한 에너지 변환 시스템에서 핵심 역할을 하는 전기화학 촉매의 개발과 수전해 반응(ORR, OER, HER, CO2RR 등)에 대한 심층 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 루테늄, 이리듐, 바나듐 등 다양한 금속 기반 촉매와 단일 원자 촉매, 나노구조 촉매의 합성 및 특성 분석에 중점을 두고 있습니다. 촉매의 활성, 내구성, 선택성 향상을 위해 표면 구조 제어, 도핑, 이종계 접합 등 다양한 전략을 적용하며, 이를 통해 수소 생산 효율을 극대화하고, 연료전지 및 금속-공기 전지의 성능을 혁신적으로 개선하고자 합니다. 또한, 촉매의 작동 메커니즘을 규명하기 위해 동위원소 표지, 전기화학 분석, 그리고 다양한 분광학적 기법을 활용한 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 친환경 에너지 생산 및 저장 기술의 발전에 크게 기여하며, 미래 에너지 패러다임 전환을 위한 핵심 기반 기술로 자리매김하고 있습니다. 본 연구실은 세계적 수준의 촉매 연구를 통해 에너지 전환 분야의 선도적 역할을 수행하고 있습니다.

본 연구실은 동기 방사광(Synchrotron) 기반의 첨단 분석 기법을 활용하여 다양한 에너지 소재의 구조적, 화학적, 전자적 특성을 심층적으로 규명하고 있습니다. XAS, XRD, XPS, Raman 등 다양한 분광 및 회절 분석을 통해 소재의 미세구조, 원자 배치, 산화 상태, 결함 구조 등을 정밀하게 분석합니다. 이러한 첨단 분석은 배터리 소재, 촉매, 전극 등 다양한 에너지 소재의 작동 메커니즘을 이해하고, 소재의 성능 저하 원인 및 개선 방향을 제시하는 데 필수적입니다. 특히, 실시간(in-situ/operando) 분석을 통해 충·방전 과정에서 발생하는 구조 변화와 반응 메커니즘을 실시간으로 관찰함으로써, 소재 개발의 혁신을 이끌고 있습니다. 동기 방사광 분석을 기반으로 한 연구는 소재 과학의 한계를 극복하고, 새로운 기능성 소재의 설계 및 최적화에 중대한 기여를 하고 있습니다. 본 연구실은 국내외 대형 방사광 가속기와의 협력을 통해 세계적 수준의 소재 분석 역량을 확보하고 있습니다.