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김혜경 연구실

영남대학교 신소재공학부

김혜경 교수

김혜경 연구실

신소재공학부 김혜경

김혜경 연구실은 신소재공학 분야에서 복합소재기술, 나노소재 합성 및 응용, 에너지 변환 소재, 유연 투명전극, 스마트 윈도우 등 첨단 소재 및 소자 개발을 선도하는 연구실입니다. 연구실은 금속, 세라믹, 고분자 등 다양한 소재를 기반으로 한 나노복합체, 나노입자, 나노와이어, 그래핀 등 차세대 나노소재의 합성과 구조 제어, 기능성 부여에 중점을 두고 있습니다. 특히, 연료전지(고체산화물연료전지, 직접메탄올연료전지 등) 및 에너지 저장·변환 소자에 적용 가능한 고성능 전극, 전해질막, 촉매 소재 개발에 집중하고 있습니다. 이를 위해 고분자-무기 복합막, 이온전도성 나노입자, 계면공학 기반의 촉매 및 전극 구조 최적화 등 소재 혁신 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 효율 향상, 친환경 에너지 기술의 상용화, 미래 에너지 산업의 지속가능한 발전에 기여하고 있습니다. 또한, 유연 투명전극 및 스마트 윈도우 분야에서도 세계적인 경쟁력을 갖추고 있습니다. 은나노와이어, 그래핀, 금속산화물 등 다양한 나노소재를 활용하여 투명하면서도 전기적 특성이 우수한 전극을 개발하고, 이를 기반으로 플렉시블 전기변색 소자, 스마트 윈도우 필름, 대면적 센서 등 다양한 응용기술을 연구하고 있습니다. 대면적 유연 투명전극의 균일성, 내구성, 신뢰성 평가 및 국제표준화 연구도 병행하며, 실제 산업 현장에서 요구되는 다양한 성능 지표를 만족시키기 위한 소재 및 공정 기술을 개발하고 있습니다. 연구실은 다수의 특허, 논문, 산학협력, 정부과제, 산업체 연계 프로젝트 등을 통해 실질적인 기술이전과 산업화 성과를 창출하고 있습니다. 국내외 다양한 산학연 협력과 정부과제 수행을 통해 연구성과를 사회와 산업에 환원하고, 차세대 소재 및 소자 기술의 글로벌 리더로 자리매김하고 있습니다. 이처럼 김혜경 연구실은 신소재공학의 다양한 분야에서 원천기술 확보와 실용화, 산업적 파급효과 창출을 동시에 추구하며, 미래 첨단 소재산업의 혁신을 이끌고 있습니다.

복합소재기술 및 나노소재 개발
김혜경 연구실은 복합소재기술을 중심으로 다양한 나노소재의 합성과 응용에 대한 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 복합소재는 서로 다른 물리적, 화학적 특성을 가진 재료를 결합하여 기존 소재의 한계를 극복하고, 새로운 기능을 부여하는 첨단 소재입니다. 본 연구실에서는 금속, 세라믹, 고분자 등 다양한 기초 소재를 기반으로 한 나노복합체, 나노입자, 나노와이어, 그래핀 및 탄소계 나노소재의 합성 및 구조 제어에 중점을 두고 있습니다. 특히, 전기화학적 특성이 우수한 나노소재의 개발을 통해 연료전지, 이차전지, 슈퍼커패시터 등 에너지 저장 및 변환 소자에 적용할 수 있는 고성능 전극 소재를 연구하고 있습니다. 또한, 투명전극, 스마트 윈도우, 센서 등 차세대 전자소자에 활용 가능한 유연 투명전극 및 기능성 나노필름의 제조 공정 기술도 함께 개발하고 있습니다. 이를 위해 다양한 합성법(솔-젤, 수열합성, 증착법 등)과 표면 개질, 계면공학 기술을 접목하여 소재의 구조적·기능적 최적화를 추구합니다. 이러한 연구는 소재의 미세구조와 물성 간의 상관관계 규명, 나노스케일에서의 계면 현상 이해, 그리고 실제 소자 적용을 위한 대면적 공정 및 신뢰성 평가까지 포괄적으로 이루어집니다. 이를 통해 차세대 에너지 및 전자산업의 핵심 기반 기술을 선도하고, 산업적 파급효과가 큰 혁신적 소재 개발에 기여하고 있습니다.
연료전지 및 에너지 변환 소재
연구실의 또 다른 핵심 연구 분야는 연료전지, 특히 고체산화물연료전지(SOFC)와 직접메탄올연료전지(DMFC) 등 에너지 변환 소자용 소재 및 시스템 개발입니다. 본 연구실은 고분자 전해질막, 나노복합 전해질막, 촉매 전극, 지지체 등 연료전지의 핵심 구성요소에 대한 소재 설계와 성능 향상에 집중하고 있습니다. 다양한 특허와 논문에서 확인되듯, 고분자-무기 복합막, 이온전도성 나노입자, 계면공학 기반의 촉매 및 전극 구조 최적화 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 특히, 메탄올 크로스오버 저감, 이온전도도 향상, 내구성 및 기계적 강도 개선 등 연료전지의 실용화에 필수적인 문제 해결을 위한 소재 혁신에 주력하고 있습니다. 이를 위해 나노복합체, 계면개질 무기물, 기능성 고분자 등 다양한 소재를 설계하고, 이들의 합성, 구조 분석, 전기화학적 특성 평가를 체계적으로 수행합니다. 또한, 연료전지 시스템의 소형화, 고출력화, 장수명화를 위한 막-전극 접합체(MEA) 구조 및 제조공정 개발에도 힘쓰고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 효율 향상과 친환경 에너지 기술의 상용화에 직접적으로 기여하며, 미래 에너지 산업의 지속가능한 발전을 위한 핵심 원천기술 확보에 중요한 역할을 하고 있습니다. 국내외 다양한 산학연 협력과 정부과제, 산업체 연계 프로젝트를 통해 실질적인 기술이전 및 산업화도 적극적으로 추진하고 있습니다.
유연 투명전극 및 스마트 윈도우 응용
김혜경 연구실은 유연 투명전극 및 스마트 윈도우와 같은 차세대 디스플레이 및 에너지 절감형 윈도우 기술 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 은나노와이어, 그래핀, 금속산화물 등 다양한 나노소재를 활용하여 투명하면서도 전기적 특성이 우수한 전극을 개발하고, 이를 기반으로 플렉시블 전기변색 소자, 스마트 윈도우 필름, 대면적 센서 등에 적용하는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 특히, 대면적 유연 투명전극의 균일성, 내구성, 신뢰성 평가 및 국제표준화 연구도 병행하고 있으며, 실제 산업 현장에서 요구되는 곡률반경, 저항 안정성, 내환경성 등 다양한 성능 지표를 만족시키기 위한 소재 및 공정 기술을 개발하고 있습니다. 또한, 전기변색 소재의 내구성 향상, 전해질 최적화, 접착식 스마트 윈도우 필름 등 실용화에 가까운 응용기술 개발도 적극적으로 추진하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 절감형 건축, 차량용 윈도우, 차세대 디스플레이, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 관련 특허와 기술이전, 산업체 협력 프로젝트를 통해 실질적인 상용화와 산업적 파급효과를 창출하고 있습니다. 연구실의 기술력은 국내외 표준화, 특허, 논문, 산학협력 등 다양한 성과로 이어지고 있습니다.
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Hierarchical 3D porous trimetallic palladium iron and cobalt on nickel foam as electrocatalyst for large current density oxygen evolution reaction in alkaline seawater
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2023년 ~ 2023년 12월