스마트 에너지 소재 연구실은 금속-공기 전지와 해수전지 등 차세대 이차전지 개발에 주력하고 있습니다. 금속-공기 전지는 리튬, 나트륨 등 알칼리 금속을 음극으로 사용하고, 산소 또는 해수를 양극 반응물로 활용하여 기존 리튬이온전지 대비 높은 에너지 밀도와 친환경성을 동시에 추구합니다. 특히, 금속-가스(예: Li-O2, Na-O2, CO2) 전지의 핵심은 새로운 전극 소재와 전해질 시스템의 개발에 있으며, 연구실에서는 탄소 소재의 표면 패시베이션, 용융염 전해질, 고효율 촉매 개발 등 다양한 혁신적 접근을 시도하고 있습니다. 해수전지 분야에서는 나트륨 금속의 안정적 도금 및 스트리핑, 전극 집전체의 표면 제어, 전극-전해질 계면 안정화 등 실질적인 상용화를 위한 핵심 기술을 연구합니다. 예를 들어, 전극 집전체의 표면 에너지 제어를 통한 나트륨 금속의 패턴 성장, 탄소 부식 억제를 위한 티타늄 카바이드(TiC) 코팅, 바이오매스 유래 촉매 및 고분자 바인더 개발 등 다양한 소재 공학적 전략을 도입하고 있습니다. 또한, 해수전지의 장수명화와 고출력화를 위한 전극/전해질/촉매의 상호작용 메커니즘을 실시간 분석기법과 이론적 계산을 통해 심층적으로 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 저장 시스템의 새로운 패러다임을 제시하며, 재생에너지 저장, 친환경 해양 전력공급, 미래형 전기차 및 대용량 ESS 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 연구실은 소재 합성, 전지 셀 설계, 전기화학적 평가, 실시간 분석 및 시뮬레이션 등 융합적 연구 역량을 바탕으로 세계적인 경쟁력을 확보하고 있습니다.

본 연구실은 유기 및 무기 기능성 소재를 활용한 유연 전자소자와 에너지 저장 기술 개발에 집중하고 있습니다. 유기전자재료, 저차원(2D) 소재, 고분자 및 나노섬유 등 다양한 신소재를 설계·합성하여, 플렉서블 메모리, 태양전지, 트랜지스터, 압전 센서 등 차세대 전자소자에 적용하고 있습니다. 특히, 유연 박막 소자 구현을 위해 자가조립, 이종접합(heterostructure) 형성, 결정성 제어, 나노패터닝 등 첨단 공정기술을 적극적으로 도입하고 있습니다. 예를 들어, 키틴 나노섬유, 바이오매스 유래 고분자, 컨투어드 헥사벤조코로넨(cHBC) 등 친환경·고성능 소재를 기반으로 한 투명·유연 압전 필름, 고효율 유기 음극, 고체 고분자 전해질 등이 대표적 연구 성과입니다. 또한, 그래핀, 보론 나이트라이드, 페로일렉트릭 고분자 등 저차원 소재와의 하이브리드화 및 이종접합 소자 제작을 통해, 전기적·기계적 특성과 내구성을 동시에 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 소재 및 소자 연구는 차세대 웨어러블 디바이스, 바이오센서, 스마트 에너지 하베스팅, 투명 전극, 플렉서블 메모리 등 다양한 미래 산업에 적용될 수 있습니다. 연구실은 소재 설계-합성-소자화-특성평가의 전주기적 연구 체계를 갖추고, 실험과 이론·시뮬레이션을 융합하여 소재-소자-시스템 통합 혁신을 선도하고 있습니다.

스마트 에너지 소재 연구실은 리튬이온, 나트륨이온, 칼륨이온 등 다양한 알칼리 이온 배터리의 차세대 전극 및 전해질 소재 개발에 집중하고 있습니다. 유기 분자 기반 음극(예: 컨투어드 헥사벤조코로넨, cHBC), 유기-무기 코크리스탈, 고결정성 고분자, 질소 도핑 탄소 등 혁신적 소재를 설계하여, 기존 흑연 음극의 한계를 극복하고 고용량·고출력·장수명 특성을 구현하고 있습니다. 또한, 금속-유기 프레임워크(MOF), 바이오매스 유래 탄소, 기능성 고분자 바인더 등 다양한 하이브리드 소재를 도입하여 전극의 전기화학적 안정성과 계면 특성을 극대화합니다. 전해질 분야에서는 용융염, 고체 고분자 전해질, 수계 및 비수계 전해질 등 다양한 시스템을 연구하며, 이온 전도도, 계면 안정성, 저온/고온 특성, 가스 발생 억제 등 실질적 문제 해결에 중점을 두고 있습니다. 예를 들어, 페로일렉트릭 고분자 기반 고체 전해질의 수평 원심주조법 개발, 금속 이온 킬레이팅 젤 전해질, 가스·산성물질 스캐빈저 첨가제 등 다양한 혁신적 접근을 시도하고 있습니다. 이러한 연구는 고에너지 밀도, 고안정성, 친환경성, 저비용 등 차세대 이차전지의 핵심 요구를 충족시키며, 전기차, 에너지 저장장치, 웨어러블 디바이스 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 연구실은 소재 합성-구조 분석-전기화학 평가-이론 계산을 통합적으로 수행하여, 배터리 소재 및 시스템 혁신을 선도하고 있습니다.