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UOS PEL
서울시립대학교 화학공학과 정철수 교수
Functional electrolyte for Li ion battery
Design of functional electrolyte
Mechanism of electrode surface reaction
연구 영역
기본 정보
논문·특허
과제
구성원

UOS PEL

서울시립대학교 화학공학과 정철수 교수

서울시립대학교 고분자-전기화학 연구실(UOS PEL)은 첨단 에너지 저장소자와 전기화학 소자 개발을 위한 고분자 및 전해질 소재 연구에 특화된 연구실입니다. 본 연구실은 리튬 이차전지, 수퍼커패시터, 연료전지 등 다양한 전기화학 소자에 적용 가능한 기능성 전해질과 고분자 박막, 그리고 유기 전기화학 기반의 신소재 개발을 중점적으로 수행하고 있습니다. 특히, 리튬 이차전지의 성능과 안전성을 극대화하기 위한 기능성 전해질 설계, 전극 표면에서의 고체 전해질 계면(SEI) 형성 메커니즘 해석, 덴드라이트 성장 억제 기술 등 차세대 배터리의 핵심 이슈를 해결하는 데 주력하고 있습니다. 이를 위해 다양한 유기 전해질, 고분자 전해질, 이온성 액체 등 혁신적 소재를 개발하고, 이들의 전기화학적 특성 및 반응 메커니즘을 심도 있게 분석합니다. 또한, 고분자 박막 및 겔 고분자 전해질을 기반으로 한 수퍼커패시터, 연료전지, 박막 배터리 등 고성능 에너지 저장 및 변환 소자 개발에도 앞장서고 있습니다. 박막의 합성, 구조 제어, 기능성 부여, 대면적 공정 등 소재부터 소자까지 전주기적 연구를 수행하며, 실제 산업 현장에 적용 가능한 기술 개발과 상용화에도 적극적으로 기여하고 있습니다. 유기 전기화학 및 친환경 합성법 개발 역시 본 연구실의 중요한 연구 분야입니다. 전기화학적 방법을 활용한 고부가가치 유기화합물, 기능성 고분자, 생분해성 플라스틱 소재 합성, 그리고 그린 케미스트리를 실현하기 위한 지속가능한 공정 개발에 힘쓰고 있습니다. 이를 통해 환경오염 저감, 에너지 절감, 자원 순환 등 사회적 요구에 부응하는 연구를 지속적으로 수행하고 있습니다. 본 연구실은 다수의 국내외 특허, 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 연구 성과를 산업계와 학계에 확산시키고 있으며, 미래 에너지 및 전자소자 산업의 혁신을 선도하는 연구실로 자리매김하고 있습니다. 대학원생 및 학부연구생을 상시 모집하며, 창의적이고 도전적인 연구 인재 양성에도 힘쓰고 있습니다.

Functional electrolyte for Li ion batteryDesign of functional electrolyteMechanism of electrode surface reactionDesign of Polymer electrolytePolymeric thin film
대표 연구 분야
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리튬이차전지용 전해질 첨가제 및 SEI 형성 제어 연구 thumbnail
리튬이차전지용 전해질 첨가제 및 SEI 형성 제어 연구
SEI engineering for lithium-ion batteries using electrolyte additives
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
3
논문 전체보기
1
Article
|
·
인용수 1
·
2023
Exploring SEI Characteristics in Propylene Carbonate-Based Electrolyte with 2-Isocyanatoethyl Methacrylate at Graphite Electrode
Yong-eun Kim, Cheolsoo Jung
IF 3.1 (2023)
Journal of The Electrochemical Society
프로필렌 카보네이트(PC)는 에틸렌 카보네이트(EC)보다 훨씬 낮은 용융점을 갖는 장점이 있지만, 안정한 고체 전해질 계면(SEI)을 형성하기 전에 Li+와 함께 공삽입(cointercalation)되기 때문에 흑연 층의 박리(exfoliation)를 억제할 수 없다. 본 논문에서는 PC 기반 전해질에 첨가제로 2−아이소시아나토에틸 메타크릴레이트(ICEMA)를 도입한다. ICEMA는 이소시아네이트기가 에틸기를 통해 아크릴레이트기와 결합되어 있으며 열중합을 통해 반응하는 양기능성 모노머이다. 이소시아네이트 부분은 초기 충전 과정에서 라디칼로 개시되어 전기중합을 유도하고 PC 라디칼과 반응한다. 라디칼은 전극에서 전 반응에 걸쳐 전파되어 안정한 SEI를 형성한다. 개질된 계면은 Li+−PC의 흑연 전극으로의 공삽입을 억제한다. 또한 in situ 푸리에 변환 적외선 분광법을 통해 이소시아네이트의 중합과 PC 라디칼과의 활성 반응이 효과적으로 관찰되었다. 그 결과, PC 기반 전해질에서 안정한 SEI를 형성하는 반응 메커니즘이 규명되었다.
https://doi.org/10.1149/1945-7111/ad09fb
Isocyanate
Propylene carbonate
Ethylene carbonate
Electrolyte
Polymerization
Polymer chemistry
Monomer
Chemistry
Graphite
Acrylate
2
Article
|
·
인용수 7
·
2022
Comparative Study of Degradation Mechanisms of Commercial Supercapacitors at High Temperatures Depending on Storage Conditions
Yong-eun Kim, Hajin Jo, Jiwon Kwon, Su-gyeong Kim, Cheolsoo Jung
IF 3.9 (2022)
Journal of The Electrochemical Society
본 연구는 전압에 따라 고온에서 상용 슈퍼커패시터(SC)의 전기화학적 및 물리화학적 열화 거동을 조사하였다. 충전 상태(2.5 V)로 저장한 후 정전용량은 초기 정전용량의 80 %까지 급격히 감소하였고, 1 kHz에서의 저항은 초기 저항의 2.5배까지 지속적으로 증가하였다. 방전 상태(∼0 V)로 저장한 후 정전용량은 거의 일정하게 유지되었으나, 저항은 4배 이상 증가하였다. 충전 상태에서는 양극의 메조−/미세기공에 산화 생성물이 침착되었다. 이는 양극의 비표면적을 감소시켜 정전용량의 급격한 감소와 SC의 저항 증가로 이어졌다. 방전 상태에서는 전해질 염의 과포화 및 석출이 거시−/메조기공에서의 이온 수송을 방해하고, 전하이동 저항(R ct )을 증가시키며, 이중층 정전용량(C dl )을 감소시켰다. 이러한 현상은 전기화학 임피던스 분광법, 순환전압전류법, 전해질에 대한 in situ FT−IR, N 2 흡착−탈착 분석, 그리고 각 전극에 대한 FE−SEM 이미지로 확인하였다. 마지막으로, 높은 끓는점을 가지되 유전율은 그다지 높지 않은 유기 용매를 적용하여 고온에서 성능과 내구성이 더 우수한 SC를 검증하였다.
https://doi.org/10.1149/1945-7111/acad36
Capacitance
Supercapacitor
Electrolyte
Dielectric spectroscopy
Cyclic voltammetry
Double-layer capacitance
Materials science
Electrode
Analytical Chemistry (journal)
Electrochemistry
3
Article
|
인용수 23
·
2022
Reaction Mechanisms Applied to Starch Modification for Biodegradable Plastics: Etherification and Esterification
Yongeun Kim, Cheolsoo Jung
IF 3.3 (2022)
International Journal of Polymer Science
생분해성 플라스틱 소재를 개발하기 위한 많은 연구가 활발히 진행되고 있으나, 대부분의 보고는 반응 메커니즘보다는 효율 또는 성능 향상에 더 초점을 두고 있다. 본 논문은 생분해성 플라스틱 분야에서 가장 많이 연구된 전분 변성에 대한 에테르화 및 에스터화의 반응 메커니즘을 논의하였다. 에테르화에 의한 전분 재구성 반응에서는 반응 온도, pH, 용매 및 부산물이 생분해성 플라스틱의 화학적 구조와 물리적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 에스터화에서는 치환기 구조와 반응 용매를 살펴보았다. 플라스틱을 대체할 수 있는 소재로서, 전분의 활용을 확장할 수 있는 반응 조건 설계에 관한 새로운 아이디어를 도출하는 데 도움이 되는 것을 목표로 한다.
https://doi.org/10.1155/2022/2941406
Starch
Materials science
Reaction mechanism
Solvent
Chemical modification
Mechanism (biology)
Reaction conditions
Organic chemistry
Chemical engineering
Polymer chemistry
최신 정부 과제
4
과제 전체보기
1
주관|
2018년 11월-2019년 11월
|65,723,000
전기화학적 방식에 의한 VOC 제거 방법
본 과제는 PH, CF, PI 등 생산 공정에서 발생하는 휘발성 유기화합물(VOC)을 1, 2차 농축 후, 기존 연소산화(RTO)나 촉매산화(RCO) 방식 대신 전기화학적 분해 방식을 이용해 처리하는 장치를 개발하는 연구임. 연구 목표는 세계 최고 수준의 제올라이트 로터 기반 RTO 기술을 능가하는 VOC 처리 장치 개발임. VOC 흡착 효율 95% 이상, 에너지 소비효율 5kWh 이하, VOC 제거 효율 90% 이상 달성 및 전기화학적 분석 관련 특허 1건 출원을 목표로 함. 핵심 연구 내용은 활성탄 전극 개발, VOC의 효과적인 흡착/분해/탈리 전기화학적 처리 기술 개발, 이 과정을 제어할 전원 공급 장치 개발임. 클린룸 VOC의 전기화학 거동 분석, 활성탄 전극 제조 조건 및 코팅 기술 개발, 흡착/분해/탈리 사이클 구현을 위한 전극판 구조체 개발 등이 포함됨. 기대 효과는 개발된 제품의 해외 수출을 통한 로터 수입 대체, 신규 인력 고용 창출, 국내외 산업 환경 개선 기여, 중소기업의 저비용 VOC 처리 지원, 관련 산업의 부흥 유도임.
전기화학
휘발성 유기화합물
VOC 처리
활성탄 전극
에너지 절약
2
주관|
2016년 2월-2016년 12월
|123,078,000
수퍼커패시터용 폴리머 전해질 및 공정 적용 기술
본 과제는 전자부품인 수퍼커패시터의 성능을 향상시키기 위해 폴리머 전해질이라는 새로운 소재와 이를 적용하는 최적의 제조 공정 기술을 개발하는 연구임. 수퍼커패시터는 전기를 빠르게 충전하고 방전할 수 있어, 전자기기 등 다양한 분야에서 전력 보조 장치로 활용됨. 연구 목표는 폴리머 전해질의 수퍼커패시터 공정 적용 기술을 최적화하고, 내누액성 및 내전압성이 확보된 초소형 코인형 수퍼커패시터를 구현하는 것임. 핵심 연구 내용은 폴리머 전해질 조성 및 배합 최적화를 통해 단위체-전해질 혼합비 최적화와 전극 계면 흡·탈착 거동 분석을 수행하는 것임. 더불어 전기화학적 특성을 기반으로 수퍼커패시터 공정 기술을 최적화하고, 폴리머 전해질 적용 수퍼커패시터의 공정 단계별 전기화학적 거동을 분석함. 기대 효과는 주로 일본에서 수입되는 고가의 세라믹 패키지형 수퍼커패시터를 국산화하여 생산 원가를 절감하고 수입 대체 효과를 창출하는 것임. 더불어, 연 200억 원 규모의 중국 초소형 커패시터 시장에 진출하여 수출 증대에 크게 기여할 것으로 전망됨.
전자부품
3
주관|
2014년 9월-2015년 9월
|106,667,000
수퍼커패시터용 폴리머 전해질 및 이를 적용한 수퍼커패시터 개발
본 과제는 수퍼커패시터를 더 오래 안정적으로 쓰기 위해 폴리머 전해질을 적용한 신제품을 개발하는 연구임. 목표 규격 D3.8xT0.9 mm, 용량 0.015 F, 저항 400 Ohm, 누설전류 80 uA, 신뢰성 500 시간(3.3V 인가 @60℃)이며 누액억제 성능 확보가 목적임. 핵심 연구내용은 폴리머 전해질 탑재 수퍼커패시터를 D3.8xT0.9 mm로 개발하고, 누액 특성 약점을 개선해 품질 경쟁력을 높이는 것임. 기대효과는 폴리머 전해질과 수퍼커패시터 신제품 양산을 통한 ㈜코칩 매출 성장 기여와 산학 기술개발 활성화, 폴리머 전해질 소재 매출 목표(2015년 0.3억원, 2016년 4.5억원) 달성임.
수퍼커패시터
폴리머전해질
누액
저항
신뢰성
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2024겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 이를 포함하는 전기화학 소자1020240038381
공개2024반상호침투 고분자 네트워크 구조를 갖는 고체 고분자 전해질 및 이를 포함하는 전기화학 소자1020240036659
등록2021고온 안정성을 갖는 수퍼커패시터 전해질1020210147007
전체 특허

겔 고분자 전해질용 조성물, 겔 고분자 전해질 및 이를 포함하는 전기화학 소자

상태
등록
출원연도
2024
출원번호
1020240038381

반상호침투 고분자 네트워크 구조를 갖는 고체 고분자 전해질 및 이를 포함하는 전기화학 소자

상태
공개
출원연도
2024
출원번호
1020240036659

고온 안정성을 갖는 수퍼커패시터 전해질

상태
등록
출원연도
2021
출원번호
1020210147007
연구실 하이라이트
연구실의 정보를 AI가 요약해서 키워드 중심으로 정리해두었어요
기업협력
기업의 방법론을 적용한 차세대 난연 전해질 개발
AI 요약 확인하기
독창적기술
PC계 전해질의 한계를 극복한 혁신적 SEI 제어 기술
AI 요약 확인하기
기술파급력
고온 환경 수퍼커패시터 수명을 극대화하는 겔 고분자 전해질
AI 요약 확인하기
글로벌특허
차세대 배터리 핵심 소재 분야 글로벌 특허 포트폴리오
AI 요약 확인하기
지속가능기술
전기화학 기반 녹색 합성법을 통한 고기능성 생분해성 플라스틱
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연구자역량
삼성SDI 책임연구원 출신 교수가 이끄는 산업 맞춤형 R&D
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맞춤형 인사이트 리포트
연구실의 전체 데이터를 활용한 맞춤형 인사이트 리포트
연구 트렌드부터 공동 연구 방향성 기획까지
연구실과 같이 할 수 있는게 무엇인지,
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