이 연구 주제는 리튬이차전지의 에너지 밀도와 수명 특성을 향상시키기 위한 차세대 음극소재 개발에 초점을 둔다. 연구실은 실리콘, 실리콘산화물, 합금계 금속, 전이금속 산화물, 다공성 복합체 등 기존 흑연 음극의 한계를 극복할 수 있는 고용량 소재들을 폭넓게 다루고 있다. 특히 높은 이론용량을 갖는 실리콘계 소재의 부피 팽창 문제를 해결하기 위해 다공성 구조 설계, 탄소 복합화, 금속 산화물 또는 실리사이드와의 복합화 전략을 적극적으로 적용하고 있다. 구체적으로는 SiOx, 다공성 Si 기반 복합체, Nb2O5·V2O5·Sn계 산화물 복합소재, Sb-Si-C 계열 등 다양한 전극 활물질을 합성하고 전기화학적 특성을 평가한다. 볼밀링, 열처리, 환원 반응, 표면 코팅, 나노구조 제어와 같은 공정을 통해 전도성, 구조 안정성, 계면 반응성을 동시에 개선하는 접근이 특징적이다. 또한 충·방전 과정에서의 반응 메커니즘, 용량 유지율, 속도 특성, 초기 쿨롬 효율 등을 체계적으로 분석하여 실제 전지 적용 가능성을 높이는 연구를 수행한다. 이러한 연구는 고에너지 밀도 전지뿐 아니라 고속 충전, 장수명, 고출력 특성이 요구되는 차세대 배터리 응용으로 확장될 수 있다. 연구실의 특허와 학술발표에서 확인되듯이 다공성 실리콘계 전극 활물질 제조, 표면 안정화, 복합소재 설계 기술은 산업적 파급력이 크며, 향후 전기차·에너지저장장치·유연 전자기기용 전지의 핵심 소재 기술로 이어질 가능성이 높다.

연구실의 또 다른 핵심 분야는 전고체전지 구현을 위한 황화물 기반 고체전해질 소재 개발이다. 전고체전지는 액체 전해질 기반 리튬이차전지 대비 높은 안전성과 에너지 밀도를 기대할 수 있으나, 고체전해질의 이온전도도, 대기 안정성, 전극과의 계면 저항 문제가 상용화의 주요 장벽으로 지적된다. 이에 연구실은 황화물계 아지로다이트 고체전해질을 중심으로 조성 제어와 치환 전략을 통해 성능을 개선하는 연구를 수행하고 있다. 특히 붕수소화물 치환, 은 및 알루미늄 치환, 실리카 첨가 등 다양한 화학적 변형을 통해 리튬이온 전도 기구를 정밀하게 분석하고, 높은 이온전도도와 향상된 공기 안정성을 동시에 달성하고자 한다. 더불어 전해질 분말의 입도 제어, 합성 공정 최적화, 분리막 시트 제조, 치밀화 공정 개발, 저전위 계면 안정화 조성 탐색 등 소재 연구와 공정 연구를 통합적으로 수행한다. 이는 단순한 물질 발견을 넘어 실제 배터리 제조 공정으로 연결되는 실용 지향적 연구라는 점에서 의미가 크다. 이 연구는 전고체전지 상용화의 핵심 병목인 소재-공정-계면 문제를 동시에 다루며, 차세대 배터리 산업에서 매우 중요한 기술적 기반을 제공한다. 장기적으로는 고안전성 전기차 배터리, 고신뢰성 에너지저장장치, 고집적 전자기기용 전원 시스템에 적용될 수 있으며, 저비용 대량생산 기술까지 포함하는 점에서 산업 경쟁력 확보에 직접 기여할 수 있다.

이 연구 주제는 차세대 고에너지 배터리를 위한 리튬금속 전극과 핵심 부품의 제조 및 표면 안정화 기술에 관한 것이다. 리튬금속은 매우 높은 이론용량과 낮은 전위로 인해 차세대 전지의 유망한 음극으로 평가되지만, 수지상 성장, 표면 불안정성, 취급 안전성, 제조 공정의 어려움 등 해결해야 할 문제가 많다. 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 리튬포일 제조, 표면 처리, 저장 안정성 확보, 분리막 개질 등 실제 적용 중심의 연구를 진행하고 있다. 대표적으로 광폭 리튬포일 제조를 위한 압출·압연 장비 개발, 두께 정밀 제어 시스템 구축, 운송 및 보관용 저장용액 최적화, 표면 보호막 형성 및 분석 기술 개발 등을 수행하고 있다. 또한 폴리올레핀 분리막의 친수성과 내열성을 동시에 향상시키는 표면 개질 기술을 개발하여 전해질 습윤성, 이온전도도, 고온 안정성을 개선하고 있다. 이러한 연구는 전극 활물질 자체의 성능뿐 아니라 셀 제조성과 안전성, 공정 재현성까지 고려하는 시스템 수준의 배터리 기술로 볼 수 있다. 나아가 본 연구는 리튬금속전지, 리튬-황전지, 리튬-공기전지, 유연전지 등 차세대 전지 플랫폼으로 확장 가능성이 높다. 소재 개발과 장비·공정 기술을 함께 축적함으로써 연구실은 배터리 부품의 실용화와 스케일업에 강점을 보이며, 학문적 연구와 산업적 요구를 연결하는 응용 전기화학 연구 거점으로 자리매김하고 있다.