Nanostructured Energy Materials Laboratory
화학분자공학과
방진호
나노구조 에너지 소재 연구실은 에너지 변환 및 저장 시스템의 핵심인 전극 소재와 촉매의 근본적 이해와 혁신적 개발을 목표로 하고 있습니다. 본 연구실은 리튬이차전지, 슈퍼커패시터, 태양전지, 수전해 등 다양한 에너지 응용 분야에서 요구되는 고성능, 고안정성, 고효율 소재를 설계하고, 그 구조-물성-성능의 상관관계를 체계적으로 규명합니다.
특히, 코발트 프리 및 니켈 리치 계열의 차세대 리튬이차전지 양극재 개발, 다양한 도핑 및 코어-쉘 구조 설계, 입자 크기 및 계면 제어 등 혁신적 소재 공정 기술을 통해 기존 상용 소재의 한계를 극복하고자 합니다. 소재의 미세구조, 결정성, 표면 및 계면 특성, 결함 및 불순물 제어 등 다양한 인자를 정밀하게 조절하여, 고에너지밀도와 장기 수명, 고속 충방전 특성을 동시에 달성하는 연구를 수행하고 있습니다.
또한, 금속 나노클러스터, 금속 산화물, 전이금속 황화물 등 다양한 무기 나노소재를 기반으로 한 광전기화학 및 전기화학 촉매 연구를 선도하고 있습니다. 태양광 에너지 변환, 수전해 수소 생산, 슈퍼커패시터, 차세대 태양전지 등에서 소재의 구조적 혁신과 계면 엔지니어링을 통해 고효율·고내구성 에너지 변환 시스템을 구현하고, 실시간 분광 및 전기화학 분석을 통해 반응 메커니즘을 심층적으로 해석합니다.
이와 같은 연구는 실제 산업 현장에서의 대량 생산과 상용화 가능성을 고려한 실용적 접근법을 기반으로 하며, 전구체 합성, 열처리 조건, 도핑 온도 및 방법에 따른 물성 변화와 전기화학적 특성의 상관관계를 체계적으로 분석합니다. 이를 통해 에너지 저장 및 변환 분야의 글로벌 경쟁력을 확보하고, 친환경적이고 경제적인 미래 에너지 사회 구현에 기여하고 있습니다.
나노구조 에너지 소재 연구실은 국내외 유수의 학술지 논문 발표, 특허 출원 및 등록, 산학협력 프로젝트, 국제 학회 발표 등 활발한 연구 활동을 통해 에너지 소재 분야의 선도적 연구실로 자리매김하고 있습니다. 앞으로도 지속적인 혁신과 융합 연구를 통해 차세대 에너지 소재 및 시스템 개발에 앞장설 것입니다.
Nanostructured Inorganic Materials
Non-Platinum Electrocatalysts
Li-Ion Battery Electrode Materials
차세대 리튬이차전지용 고성능 전극 소재 개발
본 연구실은 리튬이차전지의 성능과 안정성을 극대화하기 위한 전극 소재의 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히 코발트 프리(Co-free), 니켈 리치(Ni-rich) 계열의 양극재 및 다양한 도핑 전략, 코어-쉘 구조, 입자 크기 제어 등 혁신적인 소재 설계 방법을 통해 기존의 한계를 극복하고자 합니다. 최근에는 망간 산화상태 제어, 벌크 및 표면 도핑, 1차/2차 입자 크기 최적화, 계면 안정성 향상 등 다양한 소재 공정 기술을 도입하여, 고에너지밀도와 장기 수명, 고속 충방전 특성을 동시에 달성하는 연구를 활발히 수행하고 있습니다.
이러한 연구는 실제 산업 현장에서의 대량 생산과 상용화 가능성을 고려한 실용적 접근법을 기반으로 하며, 전구체 합성, 열처리 조건, 도핑 온도 및 방법에 따른 물성 변화와 전기화학적 특성의 상관관계를 체계적으로 분석합니다. 또한, 전극 소재의 미세구조와 결정성, 표면 및 계면 특성, 불순물 및 결함 제어 등 다양한 물리화학적 인자를 정밀하게 제어함으로써, 차세대 배터리의 요구 조건을 만족시키는 소재 설계 원리를 제시하고 있습니다.
이러한 연구 결과는 리튬이차전지뿐만 아니라, 전기차, 에너지 저장 시스템(ESS), 모바일 기기 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있으며, 소재의 근본적인 한계 극복과 더불어 친환경적이고 경제적인 에너지 저장 기술의 발전에 크게 기여하고 있습니다.
광전기화학 및 촉매 소재를 통한 에너지 변환 기술 혁신
본 연구실은 금속 나노클러스터, 금속 산화물, 전이금속 황화물 등 다양한 무기 나노소재를 기반으로 한 광전기화학 및 전기화학 촉매 연구를 선도하고 있습니다. 태양광 에너지 변환, 수전해 수소 생산, 슈퍼커패시터, 차세대 태양전지 등 다양한 에너지 변환 및 저장 시스템에서 소재의 구조-물성-성능 상관관계를 심층적으로 규명하고, 새로운 기능성 소재와 촉매를 개발하고 있습니다.
특히, 금속 나노클러스터를 감응제로 활용한 태양전지, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 기반의 결함 제어 광전극, 비백금계 전기화학 촉매(Non-Platinum Electrocatalyst) 등 혁신적인 소재 및 공정 기술을 도입하여, 기존의 한계를 뛰어넘는 고효율·고내구성 에너지 변환 시스템을 구현하고 있습니다. 또한, 표면 및 계면 엔지니어링, 결함 및 도핑 제어, 나노구조화 등 다양한 소재 설계 전략을 통해 광전기화학 반응의 효율과 선택성을 극대화하고, 실시간 분광분석 및 전기화학적 분석을 통해 반응 메커니즘을 정밀하게 해석하고 있습니다.
이러한 연구는 수소 경제, 친환경 에너지, 차세대 전력망 등 미래 에너지 산업의 핵심 기술로 주목받고 있으며, 실제 산업 적용을 위한 대면적 공정, 저비용·고효율 촉매 개발, 장기 내구성 확보 등 실용화 연구도 병행하고 있습니다. 이를 통해 에너지 전환 및 저장 분야의 글로벌 경쟁력을 확보하고, 지속가능한 에너지 사회 구현에 기여하고 있습니다.
1
Mechanistic Insights into Bias-Induced Performance Enhancement of Ni–Fe Bifunctional Electrodes for Alkaline Water Electrolysis
Im, H. S., Ahmad, U. M., Lee, M., Im, S. W., Lee, S., Lee, N. Y., Lee, S. Y., Nam, K. T., Bang, J. H.;*, Lim, S. Y.*
J. Am. Chem. Soc.,
2
Ni-Rich Layered Oxides for Lithium-Ion Batteries
Kim, Y. J., Shim, J., Kim, J., Kim, D.;*, Bang, J. H.*
J. Energy Chem.,
3
Precursor Engineering for Kinetically-Controlled Synthesis of Crack-Resistant LiCoO2 Cathodes
Kim, H.-e., Shim, J., Bang, J. H.*
Small Methods,
1
수전해 비용 저감을 위한 2kW급 AEM 수전해 시스템 핵심기술개발
2
새로운 광전기화학 현상의 발견과 규명: 계면 엔지니어링을 통한 광전기화학적 거동 제어
3
나노 수준의 정밀 제어를 통한 고성능 리튬이차전지용 전극활물질 연구 개발
