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Energy Materials Lab.
김동완 교수
에너지 저장 소재 (Energy storage materials)
리튬, 나트륨 이온 배터리
리튬–황/리튬–공기 배터리 (Li–S / Li–O₂ batteries)
기본 정보
연구 분야
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구성원

Energy Materials Lab.

김동완 교수

김동완 교수의 에너지재료연구실(Energy Materials Lab, EML)은 고려대학교 건축사회환경공학부에 속해 있으며, 기후변화 대응과 고효율 에너지 저장·변환 시스템을 위한 기능성 신소재 및 공정 기술에 집중하는 융합형 연구실입니다. 주요 연구 분야로는 리튬·나트륨 이온 배터리, 리튬–황/리튬–공기 배터리, 슈퍼커패시터용 나노복합 전극과 광전기화학 기반 수소생산 전극, 중금속·유기오염 흡착 나노소재, 유무기 화합물 합성과 조립 공정 설계 등이 있습니다. 이러한 연구를 바탕으로 김 교수 연구실은 ‘엔지파이 생체촉매 시스템’과 유사한 환경 응용 기술뿐만 아니라 차세대 이차전지 핵심 소재 개발, 금속인산염 고체 전해질 인터페이스 설계 등 최신 기술을 Advanced Energy Materials, Nano‑Micro Letters 등에 발표하고 있으며, 학술기여상과 석탑연구상 수상 및 Journal of Asian Ceramic Societies 등 학회 편집위원 활동 통해 학계 기여와 리더십을 인정받고 있습니다. 김동완 교수는 MIT 박사후 과정을 거쳐 KIST 선임연구원 및 여러 대학 교수로 재직한 경력을 지니고 있으며, 현재 고려대학교에서 학생들에게 나노·바이오 융합 기반의 소재 설계 및 실험 역량을 교육하며, 환경·에너지 기술의 실질적 상용화와 지속가능한 사회 기여를 목표로 연구실을 이끌고 있습니다

에너지 저장 소재 (Energy storage materials)리튬, 나트륨 이온 배터리리튬–황/리튬–공기 배터리 (Li–S / Li–O₂ batteries)전고체 배터리 (Solid-state batteries)슈퍼커패시터 나노전극
대표 연구 분야
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차세대 에너지 저장 소재 및 시스템 고도화 (Next‑Generation Energy Storage Materials and Systems) thumbnail
차세대 에너지 저장 소재 및 시스템 고도화 (Next‑Generation Energy Storage Materials and Systems)
주요 논문
3
논문 전체보기
1
article
|
인용수 7
·
2025
Designing Metal Phosphide Solid-Electrolyte Interphase for Stable Lithium Metal Batteries Through Electrified Interface Optimization and Synergistic Conversion
Jung Been Park, Changhoon Choi, Min-Sang Kim, Hyung Seok Kang, Eunji Kwon, Seung‐Ho Yu, Dong‐Wan Kim
IF 36.3
Nano-Micro Letters
Regulating the nucleation and growth of Li metal is crucial for achieving stable high-energy-density Li metal batteries (LMBs) without dendritic Li growth, severe volume expansion, and "dead Li" accumulation. Herein, we present a modulation layer composed of porous SnP<sub>0.94</sub>/CoP p-n heterojunction particles (SCP), synthesized applying the Kirkendall effect. The unique heterointerfaces in the SCP induce a fully ionized depletion region and built-in electric field. This provides strong Li affinity, additional adsorption sites, and facilitated electron transfer, thereby guiding dendrite-free Li nucleation/growth with a low Li deposition overpotential. Moreover, the strategic design of the SCP, accounting for its reaction with Li, yields electronically conductive Co, lithiophilic Li-Sn alloy, and ionic conductive Li<sub>3</sub>P during progressive cycles. The mixed electronic and ionic conductor (MEIC) ensure the long-term stability of the SCP modulation layer. With this layer, the SCP@Li symmetric cell maintains a low overpotential for 750 cycles even at a high current density of 5 mA cm<sup>-2</sup>. Additionally, the LiFePO<sub>4</sub>//SCP@Li full cell achieves an imperceptible capacity decay of 0.03% per cycle for 800 cycles at 0.5 C. This study provides insight into MEIC heterostructures for high-performance LMBs.
https://doi.org/10.1007/s40820-025-01813-1
Overpotential
Nucleation
Materials science
Electrolyte
Chemical engineering
Phosphide
Lithium (medication)
Electrode
Metal
Chemistry
2
article
|
인용수 14
·
2024
Boosted Lithium-Ion Transport Kinetics in n-Type Siloxene Anodes Enabled by Selective Nucleophilic Substitution of Phosphorus
Se In Kim, Woong-Ju Kim, Jin Gu Kang, Dong‐Wan Kim
IF 36.3
Nano-Micro Letters
Doped two-dimensional (2D) materials hold significant promise for advancing many technologies, such as microelectronics, optoelectronics, and energy storage. Herein, n-type 2D oxidized Si nanosheets, namely n-type siloxene (n-SX), are employed as Li-ion battery anodes. Via thermal evaporation of sodium hypophosphite at 275 °C, P atoms are effectively incorporated into siloxene (SX) without compromising its 2D layered morphology and unique Kautsky-type crystal structure. Further, selective nucleophilic substitution occurs, with only Si atoms being replaced by P atoms in the O<sub>3</sub>≡Si-H tetrahedra. The resulting n-SX possesses two delocalized electrons arising from the presence of two electron donor types: (i) P atoms residing in Si sites and (ii) H vacancies. The doping concentrations are varied by controlling the amount of precursors or their mean free paths. Even at 2000 mA g<sup>-1</sup>, the n-SX electrode with the optimized doping concentration (6.7 × 10<sup>19</sup> atoms cm<sup>-3</sup>) delivers a capacity of 594 mAh g<sup>-1</sup> with a 73% capacity retention after 500 cycles. These improvements originate from the enhanced kinetics of charge transport processes, including electronic conduction, charge transfer, and solid-state diffusion. The approach proposed herein offers an unprecedented route for engineering SX anodes to boost Li-ion storage.
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01428-y
Anode
Lithium (medication)
Doping
Dopant
Materials science
Ion
Delocalized electron
Electrode
Chemistry
Physical chemistry
3
article
|
인용수 20
·
2024
Aligned Ion Conduction Pathway of Polyrotaxane-Based Electrolyte with Dispersed Hydrophobic Chains for Solid-State Lithium–Oxygen Batteries
Bitgaram Kim, Myeong‐Chang Sung, Gwang‐Hee Lee, Byoungjoon Hwang, Sojung Seo, Ji‐Hun Seo, Dong‐Wan Kim
IF 36.3
Nano-Micro Letters
A critical challenge hindering the practical application of lithium-oxygen batteries (LOBs) is the inevitable problems associated with liquid electrolytes, such as evaporation and safety problems. Our study addresses these problems by proposing a modified polyrotaxane (mPR)-based solid polymer electrolyte (SPE) design that simultaneously mitigates solvent-related problems and improves conductivity. mPR-SPE exhibits high ion conductivity (2.8 × 10<sup>-3</sup> S cm<sup>-1</sup> at 25 °C) through aligned ion conduction pathways and provides electrode protection ability through hydrophobic chain dispersion. Integrating this mPR-SPE into solid-state LOBs resulted in stable potentials over 300 cycles. In situ Raman spectroscopy reveals the presence of an LiO<sub>2</sub> intermediate alongside Li<sub>2</sub>O<sub>2</sub> during oxygen reactions. Ex situ X-ray diffraction confirm the ability of the SPE to hinder the permeation of oxygen and moisture, as demonstrated by the air permeability tests. The present study suggests that maintaining a low residual solvent while achieving high ionic conductivity is crucial for restricting the sub-reactions of solid-state LOBs.
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01535-w
Electrolyte
Ionic conductivity
Materials science
Oxygen permeability
Conductivity
Lithium (medication)
Chemical engineering
Oxygen
Raman spectroscopy
Polymer
정부 과제
34
과제 전체보기
1
2024년 3월-2028년 12월
|1,149,400,000
구조 및 계면 제어를 통한 PEM 수전해 귀금속 저감 소재 개발
○ 고가 귀금속 소재가 저감된 고성능·고내구성 PEM 수전해 핵심 소재 기술 개발
양이온 교환막 수전해
귀금속 저감 소재
촉매
확산체/분리판
막전극접합체
2
2022년 2월-2027년 2월
|399,915,000
이온/전류분포 동시제어 metallophilic 자가지지기반 반수지 금속 음극 개발 및 미래형 금속 배터리 응용
1. Anti-수지상 metallophilic 합금/자가지지체의 가역적 전착/탈리 반응 구현- Li/Zn 균일 핵생성 & 균일 전착 유도기술이 적용된 무기 세라믹소재 개발 및 metallophilic 자가지지체 소재 복합 기술 개발- 복합 이온/전기분포제어형 무기소재의 계층적 자가지지체 구조 내부 최적 배치 설계2. 미래형 배터리 금속 계면 보호용 선택적 ...
Metallophilic 합금
무기소재
반수지상 음극
이온/전류분포 제어
자가지지형 구조
3
2022년 2월-2027년 2월
|359,924,000
이온/전류분포 동시제어 metallophilic 자가지지기반 반수지 금속 음극 개발 및 미래형 금속 배터리 응용
1. Anti-수지상 metallophilic 합금/자가지지체의 가역적 전착/탈리 반응 구현- Li/Zn 균일 핵생성 & 균일 전착 유도기술이 적용된 무기 세라믹소재 개발 및 metallophilic 자가지지체 소재 복합 기술 개발- 복합 이온/전기분포제어형 무기소재의 계층적 자가지지체 구조 내부 최적 배치 설계2. 미래형 배터리 금속 계면 보호용 선택적 ...
Metallophilic 합금
무기소재
반수지상 음극
이온/전류분포 제어
자가지지형 구조
미래형 금속전지
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2023수소 생성용 전이금속 인화물 나노프레임 촉매 및 그 제조 방법1020230100332
등록2022리튬이차전지용 황화물계 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함한 전극1020220173678
등록2021수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극 및 그 제조방법1020210187011
전체 특허

수소 생성용 전이금속 인화물 나노프레임 촉매 및 그 제조 방법

상태
공개
출원연도
2023
출원번호
1020230100332

리튬이차전지용 황화물계 고체 전해질, 이의 제조방법 및 이를 포함한 전극

상태
등록
출원연도
2022
출원번호
1020220173678

수용성 바인더를 포함하는 이차전지용 음극 및 그 제조방법

상태
등록
출원연도
2021
출원번호
1020210187011
연구실 하이라이트
연구실의 정보를 AI가 요약해서 키워드 중심으로 정리해두었어요
연구자역량
세계 상위 2% 연구자가 이끄는 차세대 전지 연구
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독창적기술
차세대 전고체전지 상용화 핵심, 아지로다이트 고체전해질 기술
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지속가능기술
그린 수소 생산을 위한 고효율/저비용 수전해 촉매 기술
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기술파급력
고용량 차세대 음극재 원천 기술 포트폴리오
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SCIE논문
세계 최고 수준의 학술지에 증명된 연구 역량
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기업협력
리튬이온을 넘어, 미래 배터리 기술의 풀-포트폴리오
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