Electrochemistry Lab for Energy and Environment (ELEE)
에너지화학공학과 권영국
Electrochemistry Lab for Energy and Environment(ELEE) 연구실은 전기화학적 촉매 시스템을 기반으로 탄소 및 질소 자원을 활용한 수소 에너지 전환, 이산화탄소 및 질소산화물의 고부가가치 화합물 전환, 그리고 청정수소 생산 기술을 선도적으로 연구하고 있습니다. 본 연구실은 에너지와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 혁신적 전기화학 기술 개발을 목표로 하고 있습니다.
ELEE는 높은 활성 및 선택성을 갖는 전기화학 촉매와 전해질을 설계하고, 원자수준에서 대규모 전극 및 시스템을 제작하는 등 첨단 소재 및 시스템 공학적 접근을 통해, 이산화탄소 및 질소산화물의 전환 효율을 극대화하고 있습니다. 또한, 반응 중간체 및 생성물의 실시간 분석 기술을 개발하여, 반응 메커니즘을 심층적으로 규명하고, 시스템의 안정성과 신뢰성을 확보하고 있습니다.
특히, 이산화탄소 전환 분야에서는 구리, 주석, 은 등 다양한 금속 기반 촉매의 표면 구조 제어, 나노구조화, 금속-유기 골격체(MOF) 기반 촉매 개발 등 혁신적 소재 연구를 통해, 에틸렌, 메탄, 일산화탄소, 포름산, 요소 등 다양한 고부가가치 화합물의 선택적 생산을 실현하고 있습니다. 이러한 연구는 탄소중립 사회 실현과 화학 산업의 지속가능성 제고에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
수전해 및 해수 전기분해 분야에서는 고효율 음이온교환막(AEM) 수전해 시스템, 해수 특화형 촉매 및 전극 개발을 통해, 고순도 청정수소의 대량 생산과 경제성 향상을 목표로 하고 있습니다. 비귀금속 기반 촉매, 원자수준 거리두기 기술, 나노구조화 전극 등 첨단 소재 및 시스템 설계로, 기존 수전해 시스템의 내구성, 효율, 경제성을 획기적으로 개선하고 있습니다.
이와 같은 통합적 연구는 전기화학적 에너지 변환 및 저장, 환경 오염물질의 자원화, 그리고 차세대 청정에너지 생산에 중요한 역할을 하며, 국내외 에너지 및 환경 분야의 혁신을 이끌고 있습니다.
CO2 Reduction
Anion Exchange Membrane
Seawater Splitting
탄소 및 질소 자원을 활용한 전기화학적 수소 에너지 전환
탄소 및 질소 자원을 활용한 전기화학적 수소 에너지 전환은 미래 지속가능한 에너지와 환경 문제 해결을 위한 핵심 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 탄소와 질소를 수소 매개체로 활용하여, 전기화학적 촉매 전환 시스템을 개발하고 있습니다. 이를 통해 이산화탄소(CO₂)와 질소산화물(NOx) 등 환경 오염 물질을 고부가가치 화합물로 전환하는 기술을 연구하고 있습니다.
특히, 높은 활성 및 선택성을 갖는 전기화학 촉매와 전해질을 설계하고, 원자 수준에서 대규모 전극 및 시스템을 제작하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 수소 생산뿐만 아니라, 암모니아 및 요소(urea) 등 다양한 화학 원료의 친환경적 생산을 가능하게 하여, 화학 산업의 탈탄소화와 에너지 전환에 기여합니다.
또한, 반응 중간체 및 최종 생성물의 실시간 분석 기술을 개발하여, 반응 메커니즘을 심층적으로 이해하고, 시스템의 효율성과 안정성을 극대화하고 있습니다. 이러한 통합적 연구 접근법은 차세대 청정에너지 생산 및 환경 개선에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
전기화학적 이산화탄소 전환 및 고부가가치 화합물 생산
전기화학적 이산화탄소 전환(CO₂RR)은 대기 중 온실가스 저감과 동시에 에너지 저장 및 고부가가치 화합물 생산을 실현할 수 있는 혁신적 기술입니다. 본 연구실은 구리, 주석, 은 등 다양한 금속 기반 촉매를 설계하여, 이산화탄소를 에틸렌, 메탄, 일산화탄소, 포름산, 요소 등 다양한 화합물로 선택적으로 전환하는 연구를 선도하고 있습니다.
특히, 원자 수준의 촉매 표면 구조 제어, 나노구조화, 금속-유기 골격체(MOF) 기반 촉매 개발 등 첨단 소재 공학적 접근을 통해, 반응 선택성과 효율을 극대화하고 있습니다. 또한, 전기화학 반응 환경(전해질, pH, 전극 구조 등) 최적화와 실시간 분석법을 접목하여, 반응 메커니즘을 규명하고, 산업적 적용 가능성을 높이고 있습니다.
이러한 연구는 이산화탄소를 단순한 폐기물이 아닌, 유용한 자원으로 전환함으로써, 탄소중립 사회 실현과 화학 산업의 지속가능성 제고에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
수전해 및 해수 전기분해를 통한 청정수소 생산 기술
수전해 및 해수 전기분해는 물을 전기적으로 분해하여 청정수소를 생산하는 친환경 에너지 기술로, 미래 수소경제의 핵심 기반입니다. 본 연구실은 고효율 음이온교환막(AEM) 수전해 시스템, 해수 특화형 수전해 촉매 및 전극 개발에 집중하고 있습니다. 이를 통해 고순도 수소를 저비용, 고효율로 생산할 수 있는 차세대 수전해 기술을 구현하고자 합니다.
특히, 비귀금속 기반 촉매, 원자수준 거리두기 기술, 나노구조화된 전극 등 혁신적 소재 및 시스템 설계로, 기존 수전해 시스템의 내구성, 효율, 경제성을 획기적으로 개선하고 있습니다. 해수 전기분해의 경우, 염소 발생 억제와 산소 발생 반응(OER) 선택성 향상을 위한 촉매 및 전극 구조 최적화 연구도 병행하고 있습니다.
이러한 연구는 재생에너지와 연계한 대규모 수소 생산, 해수 활용을 통한 자원 다변화, 그리고 수소 기반 에너지 저장 및 운송 시스템의 상용화에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
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Interface rich CuO/Al₂CuO₄ surface for selective ethylene production from electrochemical CO₂ conversion
Siraj Sultan‡, Hojeong Lee‡, Sojung Park‡, Minho M. Kim‡, Aram Yoon‡, Hansaem Choi, Tae-Hoon Kong, Young-Jin Koe, Hyung-Suk Oh, Zonghoon Lee*, Hyungjun Kim*, Wooyul Kim*, Youngkook Kwon*
Energy Environ. Sci., 2022
2
Design of less than 1 nm Scale Spaces on SnO₂ Nanoparticles for High-Performance Electrochemical CO₂ Reduction
Mun Kyoung Kim, Hojeong Lee‡, Jong Ho Won, Woohyeong Sim, Shin Joon Kang, Hansaem Choi, Monika Sharma, Hyung-Suk Oh, Stefan Ringe,*, Youngkook Kwon*, Hyung Mo Jeong*
Adv. Funct. Mater, 2022
3
Copper with an atomic-scale spacing for efficient electrocatalytic co-reduction of carbon dioxide and nitrate to urea
Seokmin Shin‡, Siraj Sultan‡, Zong-Xian Chen, Hojeong Lee, Hansaem Choi, Tae-Ung Wi, Changhyun Park, Tae Won Kim, Chanhee Lee, Jihong Jeong, Hyeju Shin, Tae-Hee Kim, Hyungkuk Ju, Hyung-Chul Yoon, Hyun-Kon Song*, Hyun-Wook Lee*, Mu-Jeng Cheng*, Youngkook Kwon*
Energy Environ. Sci., 2023
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HCO3 - 중성 전해질에 적합한 고효율 산소 발생 반응 촉매 개발
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에너지-머신러닝 융합형 혁신 인재 양성 교육연구단
3
그린수소 보급형 200KW급 음이온교환막 수전해 시스템 국산화 기술 개발
