Soft Nanomaterials and Energy Lab
신소재공학부 엄광섭
Soft Nanomaterials and Energy Lab(연성 나노소재 및 에너지 연구실)은 차세대 에너지 및 환경 문제 해결을 위한 혁신적인 소재 개발에 주력하고 있습니다. 본 연구실은 고분자, 나노소재, 하이브리드 구조체 등 다양한 연성 소재의 합성과 미세구조 제어를 통해, 에너지 저장, 변환, 분리 및 촉매 분야에서 세계적인 연구를 선도하고 있습니다.
특히, 다공성 고분자 멤브레인 및 네트워크 구조체의 설계와 합성에 강점을 가지고 있으며, 졸-겔(sol-gel) 공정, 상분리, 교차결합 등 다양한 화학적·물리적 기법을 활용하여 고성능 분리막 및 기능성 소재를 개발하고 있습니다. 이러한 소재들은 기체 분리, 촉매 담지체, 약물전달 시스템 등 다양한 응용 분야에서 탁월한 성능을 보이고 있습니다.
또한, 본 연구실은 리튬이온전지, 리튬-황전지, 리튬-셀레늄전지 등 차세대 이차전지용 전극 및 전해질 소재 개발에 집중하고 있습니다. 다공성 구조체, 표면처리 기술, 인공 SEI 계면 형성, 고분자 복합소재 전해질 등 혁신적 접근을 통해 전지의 수명, 안전성, 에너지 밀도를 극대화하고 있습니다. 전극 소재의 미세구조 제어와 계면 반응 분석을 통해, 고효율·고안정성 이차전지의 실현을 목표로 하고 있습니다.
수소 생산 및 연료전지 분야에서도 본 연구실은 고성능 촉매 및 내구성 전극 소재 개발, 연료전지 시스템의 열화 메커니즘 분석, AI 기반 소재 설계 등 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 친환경 수소 에너지 사회 실현과 미래 에너지 전환에 기여하고 있습니다.
Soft Nanomaterials and Energy Lab은 융합적이고 창의적인 연구 환경을 바탕으로, 소재과학, 에너지공학, 나노기술 등 다양한 분야의 전문 인재들과 함께 미래 에너지 및 환경 문제 해결을 위한 혁신적인 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다.
Next Generation Batteries
Advanced Li-ion Battery
Next-generation Battery
다공성 고분자 멤브레인 및 네트워크 구조체 개발
본 연구실은 다공성 고분자 멤브레인과 네트워크 구조체의 설계 및 합성에 중점을 두고 있습니다. 다공성 고분자 멤브레인은 분자 수준에서의 기공 제어를 통해 선택적 투과성과 높은 내구성을 동시에 달성할 수 있어, 기체 분리, 정제, 촉매 반응기 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 특히, 미세기공(microporous) 및 메조기공(mesoporous) 구조의 고분자 네트워크는 기존의 분리막 대비 우수한 내열성, 내화학성, 그리고 높은 투과도를 자랑합니다.
연구실에서는 고분자 사슬의 형태와 교차결합(crosslinking) 정도를 정밀하게 조절하여, 졸-겔(sol-gel) 전이와 상분리 메커니즘을 활용한 다양한 미세구조의 멤브레인 및 네트워크 소재를 개발하고 있습니다. 이러한 소재들은 유기 및 무기 하이브리드 구조로 확장되어, 새로운 기능성 소재로의 응용 가능성을 넓히고 있습니다. 또한, 용액공정이 가능한 네트워크 고분자의 합성법을 개발하여, 필름, 코팅, 파이버 등 다양한 형태로의 가공성을 확보하였습니다.
이러한 연구는 에너지 및 환경 분야에서의 차세대 분리막, 촉매 담지체, 약물전달 시스템 등으로의 실용화에 큰 기여를 하고 있습니다. 앞으로는 더욱 정밀한 미세구조 제어와 기능성 부여를 통해, 고성능·고내구성 멤브레인 및 네트워크 소재의 상용화를 목표로 연구를 지속할 예정입니다.
차세대 이차전지 및 에너지 저장 소재 연구
본 연구실은 리튬이온전지, 리튬-황전지, 리튬-셀레늄전지 등 차세대 이차전지용 소재 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 다공성 구조체 및 표면처리 기술을 활용하여 리튬 금속 음극의 안정성 향상, 고용량·고내구성 전극 소재 개발, 그리고 전해질-전극 계면의 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는 인공 고체전해질 계면(SEI) 형성, 친리튬성 금속 어레이 도입, 고분자 복합소재 전해질 개발 등 다양한 혁신적 접근법을 통해 전지의 수명과 안전성을 크게 개선하고 있습니다.
이차전지 연구에서는 고분자 및 무기 하이브리드 구조체, 나노입자 분산 기술, 전도성 고분자 코팅, 그리고 고효율 촉매 소재 개발 등이 핵심입니다. 또한, 전극 소재의 미세구조 제어와 계면 반응 메커니즘 분석을 통해, 충·방전 효율 및 에너지 밀도를 극대화하는 전략을 모색하고 있습니다. 이를 위해 다양한 분석 장비와 전기화학적 평가법을 활용하여 소재의 구조-성능 상관관계를 체계적으로 규명하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 고에너지밀도, 고안정성, 장수명 이차전지의 상용화에 중요한 기초를 제공하며, 전기자동차, 에너지 저장 시스템(ESS), 웨어러블 디바이스 등 다양한 응용 분야로의 확장이 기대됩니다. 앞으로도 본 연구실은 차세대 에너지 저장 소재의 혁신을 선도하기 위해 지속적으로 연구를 심화할 계획입니다.
수소 생산 및 연료전지용 촉매/전극 소재 개발
연구실은 수소 생산을 위한 고성능 촉매 및 연료전지용 전극 소재 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 특히, 전기화학적 촉매의 표면 구조 제어, 비귀금속 기반 촉매 합성, 그리고 나노구조화 기술을 통해 수소 발생 반응(HER), 산소 발생 반응(OER), 산소 환원 반응(ORR) 등에서의 효율성과 내구성을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는 AI 기반 소재 설계 및 최적화 기법을 도입하여, 촉매 활성점의 정밀 제어와 고효율 전극 구조 설계에 박차를 가하고 있습니다.
연료전지 분야에서는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)용 막전극접합체(MEA), 내식성 금속 집전체, 고내구성 촉매 지지체 등 다양한 핵심 부품 소재를 개발하고 있습니다. 또한, 연료전지의 장기 내구성 향상을 위한 열화 메커니즘 분석, 가속 수명 평가 및 진단법 개발 등 시스템적 접근도 병행하고 있습니다. 이를 통해 실제 산업 현장에서 요구되는 고성능·장수명 연료전지 시스템 구현에 기여하고 있습니다.
이러한 연구는 친환경 수소 에너지 사회 실현을 위한 기반 기술로서, 미래 에너지 전환 및 탄소중립 실현에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 앞으로도 본 연구실은 수소 생산 및 연료전지 소재 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖춘 연구를 지속적으로 추진할 예정입니다.
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3D-Continuous Nanoporous Covalent Framework Membrane Nanoreactors with Quantitatively Loaded Ultrafine Pd Nanocatalysts (Back Cover selected)
Dawoon Jeong, Wangsuk Oh, Ji-Woong Park*
Small . 2024 Apr 23:e2309490, 2024
2
An Artificial Compartmentalized Biocatalytic Cascade System Constructed with Enzyme-Caged Reticulate Nanoporous Membranes ( Inside Front Cover selected)
Wangsuk Oh, Dawoon Jeong, Ji-Woong Park*
Adv. Mater. Interfaces 2023, 2300185, 2023
3
Synthesis of reverse-selective nanoporous ultrafiltration membranes using dual phase separations of ionic liquid and Poly(ethylene glycol) from the gelating urea-linked covalent network
Wangsuk Oh, Gi-Bong Lee, Dawoon Jeong, Ji-Woong Park*
Journal of Membrane Science 669 (2023) 121341, 2023
1
고에너지밀도 리튬-황 전지용 전극 집전체/소재 개발 및 풀셀 전지 성능 감소 원인 규명을 통한 고안정화 연구
2
AI 모델학습 기반 복합전극 미세구조 조절 기술개발
3
인공지능 탐색 적용 고에너지 밀도 리튬이온전지용 양극재 소재 개발 연구
