나노재료설계 연구실에서는 리튬이온 배터리 전극 내에서 발생하는 기계적 결함과 파괴 현상에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다. 전극 내에서의 미세 구조적 결함, 특히 바인더와 입자 사이의 계면에서 발생하는 디본딩(debonding)과 같은 현상은 배터리의 성능 저하와 수명 단축의 주요 원인 중 하나로 지목되고 있습니다. 본 연구실은 분자동역학(MD) 시뮬레이션과 유한요소해석(FEM) 등 다양한 멀티스케일 시뮬레이션 기법을 활용하여, 리튬 삽입 및 탈리 과정에서 발생하는 응력 분포와 그로 인한 미세 구조 변화, 그리고 파괴 메커니즘을 정량적으로 분석합니다. 특히, 하이니켈 양극재와 같은 차세대 배터리 소재에서 나타나는 기계적 불안정성과 응력 완화 전략에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 바인더와 입자 간의 계면에서 발생하는 디본딩 현상, 입자 내부의 균열, 그리고 바인더의 소성 변형 등 다양한 파괴 모드를 실험적 및 이론적으로 규명하고, 이를 바탕으로 전극 구조의 최적화 및 내구성 향상 방안을 제시합니다. 또한, 응력 조절형 펄스 충전 프로토콜 등 새로운 충전 방식이 전극의 기계적 안정성에 미치는 영향도 함께 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 배터리의 성능 및 수명 향상에 직접적으로 기여할 뿐만 아니라, 차세대 에너지 저장장치의 신뢰성 확보와 상용화에도 중요한 역할을 합니다. 나노재료설계 연구실의 연구 결과는 국내외 유수 저널에 다수 게재되고 있으며, 관련 정부 및 산업체 프로젝트를 통해 실질적인 기술 개발로 이어지고 있습니다.

본 연구실은 나노구조물과 복합재료의 기계적 특성을 이해하고, 이를 바탕으로 혁신적인 소재 설계 및 응용을 목표로 하고 있습니다. 탄소나노튜브(CNT), 그래핀, BNNT 등 다양한 나노소재를 활용한 복합재료의 미세 구조와 거동을 분자동역학 시뮬레이션을 통해 분석하며, 나노스케일에서의 원자 간 상호작용이 거시적 물성에 미치는 영향을 체계적으로 규명합니다. 특히, CNT-강화 알루미늄 복합재료와 같은 첨단 소재의 인장, 압축, 파괴 거동을 원자 수준에서부터 해석하여, 복합재료의 강도, 인성, 탄성 등 주요 기계적 특성의 향상 메커니즘을 밝혀내고 있습니다. 또한, 나노구조물의 계면 특성, 결함, 외부 하중에 따른 구조적 변화 등을 다양한 시뮬레이션 기법과 실험적 접근을 통해 종합적으로 연구합니다. 이를 통해 복합재료의 설계 최적화와 신뢰성 확보에 필요한 과학적 근거를 제공합니다. 이와 더불어, 멀티스케일 시뮬레이션을 활용하여 나노스케일에서의 현상이 마이크로 및 매크로스케일에서 어떻게 나타나는지 연계 분석함으로써, 실제 공학적 응용에 적합한 소재 개발을 지원합니다. 이러한 연구는 에너지, 전자, 항공우주 등 다양한 산업 분야에서 요구되는 고성능·고신뢰성 소재의 개발에 중요한 기초를 제공합니다.