본 연구실은 차세대 에너지 저장장치의 핵심인 고성능 탄소 및 고분자 소재 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히 그래핀, 탄소나노튜브(CNT), 하드카본, 바이오매스 유래 탄소 등 다양한 탄소 기반 소재의 구조 제어 및 기능화 연구를 통해 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등 다양한 이차전지의 음극 및 양극 소재로서의 응용 가능성을 탐구하고 있습니다. 이러한 소재들은 높은 전기전도도, 우수한 기계적 강도, 다공성 구조, 이종원소 도핑 등 다양한 특성을 갖추고 있어, 에너지 저장 효율과 수명, 안정성 향상에 기여합니다. 탄소 소재의 미세구조 제어 및 이종원소(질소, 황, 산소 등) 도핑을 통해 전극의 전기화학적 특성을 극대화하는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 실크, 셀룰로오스, 커피 찌꺼기 등 바이오매스 기반의 탄소 소재를 고온 열처리 및 화학적 활성화 공정을 통해 고표면적, 다공성, 고결정성 구조로 변환함으로써, 리튬/나트륨/칼륨 금속 음극의 안정적 금속 침착 및 탈착을 유도하고, 고출력·고에너지 밀도의 이차전지 구현에 기여하고 있습니다. 또한, 고분자 바인더, 바이오 기반 고분자, 복합재료 등 다양한 고분자 소재의 합성 및 구조제어를 통해 전극의 기계적 안정성, 전해질과의 계면 특성, 환경친화성까지 고려한 소재 개발이 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 고에너지·고안전성 이차전지, 슈퍼커패시터, 레독스 흐름전지 등 다양한 에너지 저장 시스템의 상용화에 중요한 역할을 하고 있습니다.

본 연구실은 환경 문제 해결을 위한 친환경 생분해성 고분자 및 바이오 기반 소재 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌석시네이트(PBS), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 등 다양한 생분해성 고분자와 셀룰로오스, 세리신, 실크피브로인 등 천연 고분자를 활용하여, 포장재, 어구, 의료용 소재 등 다양한 분야에 적용 가능한 친환경 소재를 개발하고 있습니다. 특히, 해양 및 퇴비 환경에서의 생분해도 평가, 미세플라스틱 저감, 생분해성 어구의 실제 어업 현장 적용 등 실용적 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 생분해성 고분자의 분해 메커니즘, 미세구조 변화, 기계적 물성 변화 등을 다양한 분석기법(FTIR, SEM, TGA, 기계적 시험 등)으로 규명하고, 실제 환경에서의 분해 성능을 정량적으로 평가하여, 지속가능한 소재 개발에 기여하고 있습니다. 또한, 바이오 기반 고분자와 나노셀룰로오스, 그래핀, 실크 등과의 복합화를 통해 기계적 강도, 내수성, 가스배리어성, 항균성 등 다양한 기능을 부여한 고기능성 친환경 소재 개발도 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 플라스틱 폐기물 저감, 해양 생태계 보호, 지속가능한 순환경제 실현에 중요한 역할을 하고 있습니다.

본 연구실은 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등 다양한 금속 이차전지 및 슈퍼커패시터의 성능을 극대화하기 위한 전극-전해질 계면 공학 연구를 중점적으로 수행하고 있습니다. 3차원 구조의 탄소 전극, 이종원소 도핑, 표면 개질, 고분자 바인더 설계, 고체/유기-무기 하이브리드 전해질 계면 형성 등 다양한 전략을 통해, 금속 음극의 안정적 금속 침착, 덴드라이트 억제, 고속 충방전, 장수명 사이클 특성 향상을 달성하고 있습니다. 특히, 고분자 바인더의 결정성, 점탄성, 전해질 친화성, 환경친화성 등을 제어하여 전극의 구조적 안정성과 전기화학적 성능을 동시에 확보하는 연구가 활발합니다. 또한, 고분자/바이오 기반 바인더의 도입을 통해 차세대 전지의 지속가능성과 친환경성까지 고려한 소재 설계가 이루어지고 있습니다. 이와 더불어, 레독스 흐름전지, 슈퍼커패시터 등 다양한 에너지 저장 시스템에서의 전극-전해질 계면 반응 메커니즘 규명, 촉매 활성 향상, 고출력/고에너지 밀도 구현을 위한 소재 및 구조 설계 연구도 함께 진행되고 있습니다. 이러한 계면 공학 연구는 차세대 에너지 저장장치의 실용화와 상용화에 핵심적인 역할을 하고 있습니다.