강석주 연구실은 리튬이온전지와 차세대 알칼리 이온전지를 위한 고성능 전극소재 개발에 중점을 두고 있다. 특히 Ni-rich 양극의 안정화, 유기 기반 음극활물질 설계, 전극 표면 코팅 및 계면 제어를 통해 고에너지밀도와 장수명을 동시에 달성하는 전략을 탐구한다. 대표적으로 보라이드 주입을 통한 니켈계 양극의 안정화, 층상 전이금속 산화물에서의 산소 레독스 반응 해석, 그리고 단결정 양극 합성 공정 최적화 등은 연구실의 핵심 역량을 보여준다. 이 연구는 재료의 결정구조, 입자 형태, 전하 이동 경로, 전해질과의 상호작용을 통합적으로 고려하는 것이 특징이다. 단순히 새로운 조성을 제안하는 데 그치지 않고, 충·방전 중 일어나는 구조 진화와 계면 열화 메커니즘을 분석하여 성능 저하의 원인을 정밀하게 규명한다. 또한 유기전자재료 연구 배경을 바탕으로 휘어진 다환방향족 탄화수소(c-HBC) 및 풀러렌 공결정과 같은 유기계 음극활물질을 설계하여 저장 용량, 전기전도도, 고율 특성 향상을 동시에 노린다. 이러한 연구는 전기차, 대규모 에너지저장장치, 웨어러블 전자기기 등 다양한 응용 분야에서 중요한 의미를 가진다. 고니켈 양극의 안정성 확보는 상용 배터리의 성능 향상과 직결되며, 유기·무기 하이브리드 전극소재는 자원 다변화와 지속가능성 측면에서도 가치가 높다. 궁극적으로 연구실은 소재 설계, 합성 공정, 작동 메커니즘 분석을 연계하여 차세대 이차전지의 에너지밀도와 신뢰성을 동시에 높이는 플랫폼을 구축하고 있다.

연구실의 또 다른 중심 축은 금속-가스전지와 해수전지 같은 차세대 전기화학 에너지 시스템이다. 소듐-이산화탄소 전지, 해수이차전지, 금속-공기 및 금속-가스 전지와 같이 기존 리튬이온전지를 넘어서는 새로운 저장 시스템을 개발하고, 이를 위한 전극·전해질·촉매 기술을 함께 연구한다. 특히 탄소 소재 집전체, 전이금속 기반 촉매, 고체 또는 포화염 수계 전해질을 조합하여 반응 효율과 셀 안정성을 향상시키는 방향이 두드러진다. 이 분야에서 연구실은 전기화학 반응의 선택성과 효율을 높이기 위해 촉매 구조와 전해질 환경을 동시에 설계한다. 전기화학적 질소고정 반응에서는 금속 고용체와 이차원 물질의 하이브리드 촉매를 개발하고, 포화염 수성 전해액을 활용해 수소 발생 부반응을 억제함으로써 상온 암모니아 생산의 실현 가능성을 높이고자 한다. 또한 해수전지 연구에서는 대면적 셀 설계, 내압 구조, 핵심 소재 배합 최적화를 통해 고에너지·고출력·장수명 성능을 확보하려는 공학적 접근이 강점이다. 이 연구는 에너지 저장뿐 아니라 탄소중립, 자원 활용, 친환경 화학공정 측면에서도 파급력이 크다. 소듐-이산화탄소 전지는 CO2 활용과 저장기술을 연결할 수 있고, 해수전지는 풍부한 자원 기반의 대안형 전지 시스템으로 주목받는다. 강석주 연구실은 실시간 가스분석, in-operando/ex-situ 분석과 같은 방법을 통해 반응 메커니즘을 규명하고, 이를 바탕으로 실제 응용 가능한 차세대 전기화학 플랫폼을 제시하고 있다.

강석주 연구실은 배터리 연구에 더해 전기화학식 가스 센서와 유무기 소자 분야에서도 응용 지향적 연구를 수행한다. 연구실의 키워드인 유기전자재료와 유무기 소자는 기능성 재료 설계 역량이 에너지저장장치뿐 아니라 센서와 전자소자로 확장되고 있음을 보여준다. 특히 반고형 전해질, 프린팅 공정, 저온 전극 형성 기술을 바탕으로 초소형·고안전성 전기화학 센서를 개발하고, 실제 위해 가스 및 화학 테러 물질 감지와 같은 고신뢰 응용을 지향한다. 이 연구의 핵심은 재료와 공정을 동시에 최적화하는 데 있다. 액체 전해질의 한계를 극복하기 위해 반고형 전해질을 설계하고, 전극/전해질의 통합형 프린팅 기술을 통해 소형화와 대량생산 가능성을 높인다. 또한 유기·고분자 소재, 나노섬유, 유무기 복합구조를 활용해 전하 전달 특성, 기계적 유연성, 장기 안정성을 조절함으로써 센서와 전자소자의 성능을 극대화한다. 과거 학술발표 이력에서도 유기 태양전지 전극, 압전 나노섬유, 플렉시블 소자와 관련된 연구 흐름이 확인된다. 이러한 연구는 산업안전, 환경 모니터링, 웨어러블 전자기기, 스마트 센싱 플랫폼으로의 확장성이 매우 크다. 초소형 전기화학 센서는 실시간 유해가스 정량 분석에 적합하며, 유연 전극과 기능성 고분자 기반 소자는 차세대 헬스케어 및 휴대형 전자기기와도 잘 연결된다. 즉, 연구실은 전기화학과 재료공학을 바탕으로 에너지저장과 감지 기술을 아우르는 융합형 소자 연구를 전개하고 있다.