이 연구 주제는 전기차와 에너지저장장치에 요구되는 고속충전 성능을 구현하기 위해, 흑연 및 실리콘-흑연계 음극과 전해질 사이에서 형성되는 계면을 정밀하게 제어하는 데 초점을 둔다. 연구실은 급속충전 과정에서 발생하는 리튬 도금, 비균일한 SEI 형성, 계면저항 증가와 같은 핵심 문제를 해결하고자 하며, 상용 전지 시스템에 바로 적용 가능한 소재 및 전극 설계 전략을 개발하고 있다. 특히 자연흑연 표면 개질, 기능성 코팅층 도입, 전해질 용매화 구조 조절을 통해 충전 시간을 줄이면서도 장기 수명과 안전성을 동시에 확보하는 방향으로 연구가 전개된다. 구체적으로는 MoS2 나노시트 코팅, 보에마이트 기반 표면 설계, 저점도·약결합성 용매를 포함한 전해질 조성 최적화, 그리고 SEI 입자 구조의 기하학적 제어와 같은 접근법이 활용된다. 이러한 방법은 Li+ 탈용매화 속도와 계면 통과 특성을 향상시키고, 리튬 도금 발생 가능성을 낮추며, 높은 C-rate 조건에서도 안정적인 충·방전 거동을 가능하게 한다. 또한 전압 강하 분석, 개회로 전압 모니터링, 전류 과도응답 기반 분석 등 진단 기법을 병행하여 제조 결함과 열화 모드를 비파괴적으로 식별하는 연구도 함께 수행한다. 이 연구의 의의는 고에너지밀도와 고출력을 동시에 요구하는 차세대 전기차용 리튬이온전지의 실용화를 앞당긴다는 점에 있다. 단순한 소재 개발을 넘어, 전극 구조·전해질 화학·계면 진단을 통합한 설계 프레임을 구축함으로써 산업계의 고율충전 요구에 직접 대응할 수 있는 기술 기반을 제공한다. 향후에는 복합 음극, 고니켈 양극, 셀 수준의 열화 예측 기술과 연계되어 보다 빠르고 안전한 차세대 배터리 플랫폼으로 확장될 가능성이 크다.

이 연구 주제는 리튬금속 음극의 높은 이론용량을 실제 셀에서 안정적으로 활용하기 위한 구조-계면 일체형 설계에 중점을 둔다. 리튬금속전지는 차세대 초고에너지밀도 전지로 주목받지만, 충전 중 덴드라이트 성장, 큰 부피 변화, 낮은 가역성으로 인해 안전성과 수명 측면에서 큰 한계를 가진다. 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 속이 빈 마이크로캡슐, 전도성 프레임워크, 나노다공성 중간층, 보호층 및 분리막 통합 설계 등 3차원 호스트 기반 전략을 적극적으로 개발하고 있다. 특히 이종원 연구실은 이종 원소가 제어하는 리튬 핵생성과 in-cavity 전착 메커니즘에 주목한다. Ag, Zn 등 이종원소 클러스터가 포함된 탄소 마이크로캡슐이나 MOF 유래 구조체를 이용하여 리튬이 외부 표면이 아니라 내부 공동으로 성장하도록 유도함으로써, 덴드라이트 억제와 전극 팽창 완화를 동시에 달성한다. 또한 저압 환경에서의 안정적 순환, 분리막-전도성 구조체 통합, 고농도 전해질 기반 보호층 등 다양한 계면 안정화 기술을 접목하여 실제 작동 조건에서의 성능을 높이는 방향으로 연구를 확장하고 있다. 이 주제는 궁극적으로 1000 Wh/L급 고안전·장수명 리튬금속전지 개발과 직결된다. 단순히 리튬금속의 반응성을 억제하는 수준을 넘어, 어디에 어떻게 리튬이 성장해야 하는지를 구조적으로 설계하는 접근은 차세대 전지 연구에서 매우 중요한 전환점이다. 향후 이 연구는 고체전해질, 하이브리드 전해질, 고전압 양극과 결합되어 항공우주, 모빌리티, 극한환경 저장장치 등 고부가가치 응용 분야로 확장될 수 있다.

이 연구 주제는 액체 전해질 기반 전지의 안전성 한계를 극복하기 위한 전고체전지 기술과 세라믹 이온전도 소재 개발을 핵심으로 한다. 연구실은 황화물계 및 산화물계 고체전해질, 복합양극, 후막전극, 고체전해질-활물질 계면 안정화 기술을 폭넓게 다루며, 높은 이온전도도와 우수한 기계적 안정성, 대면적 제조 적합성을 동시에 확보하는 것을 목표로 한다. 특히 세라믹 소재 기반의 전해질과 전극 설계를 통해 고안전성·고에너지밀도 전지를 구현하려는 연구 방향이 뚜렷하다. 주요 접근으로는 나노 고체전해질 합성, 전극 침투형 구조 설계, 할라이드 및 황화물 코팅층 적용, 복합전극 내 도전재 분포 최적화, 전송선 모델 및 전기화학-기계 연성 해석 등이 있다. 연구실은 전고체전지에서 반복적으로 나타나는 계면저항 증가, 복합양극 균열, 장기 보관 열화, 고변형 음극에 의한 기계화학적 실패 현상을 실험과 시뮬레이션을 결합해 해석한다. 이를 통해 활물질 입자 크기, 코팅층 조성, 고체전해질 기계적 특성, 압력 조건이 셀 성능과 수명에 미치는 영향을 체계적으로 규명한다. 이 연구는 고온·고압 공정, 적층 및 치밀화 제조 기술과 연결되며 실제 산업 적용 가능성이 높다. 전기자동차용 세라믹 이차전지, 고로딩 복합양극, 건식 코팅형 전고체전지 등 차세대 제조 플랫폼과 직접 연계된다는 점에서 학문적·산업적 가치가 모두 크다. 향후에는 소재 합성, 계면 분석, 기계화학 모델링, 셀 제조 기술이 통합된 형태로 발전하며, 안전성과 에너지밀도 문제를 동시에 해결하는 전고체전지 핵심 연구 축으로 자리 잡을 가능성이 높다.

이 연구 주제는 연구실의 기반이 되는 환경·에너지 세라믹스 분야로, 고체산화물 연료전지와 가역형 고체산화물전지의 전극·전해질·스택 구조를 고도화하는 데 초점을 둔다. 관련 논문과 특허에서 확인되듯이, 연구실은 공기극 나노구조 설계, 금속분리판 보호막용 세라믹 분말, 평관형 지지체 및 세그먼트형 모듈 등 소재에서 시스템까지 이어지는 폭넓은 연구 경험을 보유하고 있다. 이 분야는 전기 생산뿐 아니라 그린수소 생산을 위한 고효율 전기화학 변환 시스템 개발과도 밀접하게 연결된다. 대표적으로 나노구조화된 LSC 공기극과 기공도 구배형 GDC 백본을 이용한 가역형 고체산화물전지는 산소환원반응과 산소발생반응의 속도를 동시에 향상시키고, 계면 박리로 인한 열화를 줄이는 설계 전략을 보여준다. 또한 세라믹 보호막과 스택 모듈 설계는 고온 작동 환경에서의 내구성, 밀봉 안정성, 가스 분배 균일성, 전기적 연결성을 개선하는 데 핵심 역할을 한다. 이러한 연구는 재료합성, 미세구조 제어, 스택 엔지니어링이 통합된 전형적인 에너지 세라믹 연구라 할 수 있다. 이 주제의 중요성은 탄소중립 시대의 고효율 분산전원과 수소 생산 기술에 직접 기여한다는 데 있다. 연료전지와 수전해가 가능한 가역형 시스템은 재생에너지의 간헐성을 보완하고 전력-수소 변환을 유연하게 수행할 수 있어 미래 에너지 인프라의 핵심 기술로 평가된다. 연구실의 세라믹 소재 및 전극 구조 설계 역량은 배터리 연구와도 연결되며, 전기화학 에너지변환 전반에 걸친 재료 혁신 플랫폼으로 확장될 수 있다.