성영은 연구실은 전기화학 에너지 변환 및 저장 시스템의 핵심인 촉매 및 전극 소재 개발에 집중하고 있습니다. 본 연구실은 연료전지, 수전해, 금속-공기전지, 이차전지 등 다양한 전기화학 시스템에서 요구되는 고활성, 고내구성, 고효율 촉매 및 전극 구조를 설계하고 합성하는 데 주력합니다. 특히, 백금, 팔라듐, 이리듐 등 귀금속 기반 합금 나노입자, 단원자 촉매, 코어-셸 구조, 탄소 기반 비귀금속 촉매 등 다양한 나노구조체를 개발하여 산소환원반응(ORR), 산소발생반응(OER), 수소발생반응(HER), 이산화탄소 환원반응(CO2RR) 등에서의 전기화학적 성능을 극대화하고 있습니다. 이러한 촉매 및 전극 소재는 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 고온형 연료전지, 수전해 시스템(PEMWE, AEMWE), 금속-공기전지, 리튬-황전지, 리튬-이온전지 등 다양한 차세대 에너지 소자에 적용되고 있습니다. 연구실은 촉매의 합성뿐만 아니라, 전극 구조의 미세조정, 표면 개질, 이온전달 및 전자전달 경로 최적화 등 다각적인 접근을 통해 실제 소자에서의 성능과 내구성을 동시에 확보하고 있습니다. 또한, 촉매의 활성 및 내구성 향상을 위해 표면 및 계면의 전자구조 조절, 이종원소 도핑, 탄소 코팅, 나노구조 제어 등 다양한 화학적·물리적 전략을 적용하고 있습니다. 이를 통해 기존 상용 촉매 대비 수십 배 이상의 활성 및 내구성을 달성하였으며, 산업적 대량합성 및 실용화 가능성도 함께 제시하고 있습니다.

본 연구실은 전기화학적 계면의 동적 구조와 전극 구조 최적화를 통해 차세대 에너지 소자의 성능 극대화 및 상용화 기반을 마련하고 있습니다. 전극-전해질 계면에서의 이온 및 전자 이동, 반응 중간체의 거동, 촉매 표면의 재구성 등 미시적 현상을 심도 있게 분석하여, 실제 소자에서의 효율 저하 원인을 규명하고 이를 극복할 수 있는 설계 전략을 개발합니다. 특히, 막-전극 접합체(MEA) 구조의 미세패터닝, 다공성 구조 설계, 이온전도성 고분자 및 고분자-무기 복합체의 도입, 표면 개질 및 계면 안정화 기술을 통해 연료전지, 수전해, 금속-공기전지, 이차전지 등 다양한 소자에서의 전기화학적 성능과 내구성을 획기적으로 향상시키고 있습니다. 또한, 실시간(in situ/operando) 분석기법을 활용하여 전극 내에서 일어나는 구조 변화, 활성점의 진화, 계면 반응 메커니즘을 규명함으로써, 지식 기반의 소재 및 소자 설계가 가능하도록 하고 있습니다. 이러한 연구는 고출력·고내구성 연료전지, 저귀금속 수전해 시스템, 고에너지 밀도 금속-공기전지, 장수명 리튬-황전지 등 미래 에너지 산업의 핵심 소자 개발에 직접적으로 기여하고 있습니다. 연구실은 소재 합성-구조 설계-소자 평가-실증까지 전주기적 연구를 수행하며, 국내외 산학연 협력 및 기술이전, 특허 출원, 논문 발표 등 활발한 연구성과를 창출하고 있습니다.