나노배터리 연구실은 차세대 이차전지 및 고성능 배터리 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히 금속-황 전지, 전고체전지, 금속-이온 전지, 금속-공기 전지 등 다양한 차세대 배터리 시스템을 연구하며, 기존 리튬이온전지의 한계를 극복하고자 합니다. 이러한 연구는 전기차, 항공 모빌리티, 에너지 저장 시스템(ESS), 첨단 전자기기 등 고성능이 요구되는 응용 분야에 적합한 고안전성, 고에너지밀도, 고속충전 배터리 개발로 이어집니다. 연구실에서는 나노구조화된 다공성 전극, 탄소 기반 복합소재, 고체 및 하이브리드 전해질 등 혁신적인 소재와 구조를 설계하여 배터리의 수명, 안전성, 에너지 밀도, 충방전 속도를 극대화하고 있습니다. 특히, 리튬-황 및 리튬-공기 배터리의 경우, 기존 리튬이온전지 대비 10배 이상의 에너지 저장 용량을 목표로 하며, 나노구조 전극 및 촉매, 고체전해질, 계면 제어 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다. 이러한 연구는 실제 산업 적용을 위한 대용량 파우치 셀, 고에너지밀도 및 장수명 배터리의 실현, 그리고 친환경적이고 경제적인 에너지 저장 솔루션 제공에 기여하고 있습니다. 또한, 다양한 국내외 산학연 협력을 통해 기술 상용화와 미래 에너지 사회 구현에 앞장서고 있습니다.

연구실은 에너지 저장 및 변환을 위한 첨단 나노소재 개발에 집중하고 있습니다. 나노구조화된 소재, 다공성 3차원 에어로겔, 금속산화물-탄소 복합체, 그래핀 및 탄소나노튜브 기반의 전극 소재 등 다양한 신소재를 합성하고, 이들의 물리화학적 특성을 심층적으로 분석합니다. 이러한 소재들은 배터리, 슈퍼커패시터, 센서, 촉매 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 합니다. 특히, 나노소재의 표면적, 전기전도성, 이온/전자 이동 경로, 기계적 유연성 등 미세구조 제어를 통해 에너지 저장 장치의 성능을 극대화하고 있습니다. 예를 들어, 다공성 에어로겔과 3D 네트워크 구조는 높은 표면적과 우수한 이온 확산 특성을 제공하여, 고출력·고에너지밀도 슈퍼커패시터 및 차세대 배터리의 핵심 소재로 활용됩니다. 또한, 전극-전해질 계면에서의 반응성 향상, 금속-황 전지의 폴리설파이드 셔틀 억제, 금속 음극의 덴드라이트 억제 등 실질적인 문제 해결을 위한 소재 설계가 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 소재 합성부터 소자 제작, 전기화학적 평가, 실제 응용까지 전주기적 접근을 통해 이루어지며, 나노에너지 소재 분야의 세계적 경쟁력을 확보하고 있습니다. 또한, 환경 정화, 센서, 촉매 등 에너지 외 다양한 분야로의 확장 가능성도 적극적으로 모색하고 있습니다.

연구실은 슈퍼커패시터 및 고온·유연 에너지 저장 소자 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 슈퍼커패시터는 높은 출력과 빠른 충방전, 긴 수명, 우수한 안전성 등으로 차세대 에너지 저장 장치로 각광받고 있으며, 본 연구실은 3차원 그래핀 에어로겔, 금속산화물-탄소 복합체, 고체 및 이온성 액체 전해질 등 혁신적인 소재와 구조를 적용하여 고성능 슈퍼커패시터를 개발하고 있습니다. 특히, 고온 환경에서도 안정적으로 작동하는 슈퍼커패시터 및 유연한 전자기기용 에너지 저장 소자 개발에 집중하고 있습니다. 이를 위해 나노구조 전극과 복합 고체전해질, 이온성 액체 기반 전해질, 고분자 바인더 등 다양한 소재와 공정 기술을 융합하여, 고온·고출력·고신뢰성 에너지 저장 소자를 구현하고 있습니다. 실제로, 200도 이상의 고온에서도 장기적으로 안정적으로 동작하는 슈퍼커패시터, 다양한 형태로 변형 가능한 유연 슈퍼커패시터 등이 개발되고 있습니다. 이러한 연구는 센서, 군사, 우주, 웨어러블 디바이스 등 극한 환경 및 차세대 전자기기 분야에서 요구되는 에너지 저장 기술의 혁신을 이끌고 있습니다. 또한, 소재-소자-시스템 통합 연구를 통해 실용화와 상용화에 한 걸음 더 다가가고 있습니다.