손희상 연구실의 핵심 연구 주제 중 하나는 리튬이온전지, 리튬금속전지, 리튬-황전지, 고체전지, 수계 아연이온전지 등 차세대 이차전지에 적용되는 나노구조 전극 소재의 설계와 합성이다. 특히 실리콘-탄소 복합체, 산화철 기반 복합체, TiO2-탄소 메조다공성 복합체, 황-탄소 복합 양극 등 다양한 무기/탄소 하이브리드 소재를 개발하여 높은 용량, 우수한 속도 특성, 장수명 특성을 동시에 확보하는 데 초점을 둔다. 이러한 연구는 에너지 밀도 향상과 실제 구동 환경에서의 안정성 확보라는 배터리 분야의 핵심 과제를 해결하기 위한 기반이 된다. 연구실은 단순히 소재 조성만 바꾸는 수준을 넘어, 다공성 구조 제어, 계층적 기공 설계, 표면 기능기 도입, 탄소 코팅, 코어-셸 및 응집체 구조 형성 등 구조-성능 상관관계를 정밀하게 분석한다. 대표적으로 질소 도핑 탄소 복합체를 이용한 리튬-황전지의 폴리설파이드 흡착, 미세구조 실리콘-탄소 음극에서의 팽창 완화, 산화물/탄소 나노복합체에서의 전하 전달 개선 등은 전기화학 성능 향상에 직접 연결된다. 또한 높은 황 로딩, 고면적용량, 긴 사이클 수명과 같은 실제 응용 지표를 중시하여 실용화 가능성을 높이고 있다. 최근에는 전극 자체뿐 아니라 전극-전해질 계면 안정화까지 연구 범위를 확장하고 있다. 리튬 금속 음극 보호층, 세라믹/고분자 복합 고체전해질, 덴드라이트 억제용 인공 계면층, 압전 나노복합체를 활용한 이온 이동 경로 최적화 등은 차세대 고안전성 배터리로 이어지는 중요한 주제들이다. 이를 통해 연구실은 고성능 소재 합성과 계면 공학을 결합하는 통합형 에너지 저장 연구를 수행하며, 학문적 성과뿐 아니라 산업 적용 가능성이 높은 전지 소재 플랫폼을 구축하고 있다.

연구실의 또 다른 대표 분야는 에어로졸 공정을 활용한 나노재료 합성과 다공성 입자 구조 제어 기술이다. 에어로졸 기반 합성은 액적에서 입자로 이어지는 연속 공정을 통해 조성, 크기, 기공 구조, 형태를 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있으며, 손희상 연구실은 이를 이용해 메조다공성 금속, 합금, 반도체, 탄소 복합체 및 전극용 나노입자를 개발해 왔다. 이러한 접근은 실험실 규모를 넘어 대량생산 가능성과 공정 확장성이 높아 기능성 소재의 실제 응용에 매우 유리하다. 특히 메조다공성 금속 및 금속 합금 입자, 다공성 반도체, 계층적 기공을 갖는 흑연 및 탄소 복합체 등의 연구는 촉매, 슈퍼커패시터, 배터리, 환경소재 등 다양한 응용 분야로 연결된다. 액적 내부에서 나노결정의 제한 성장과 자기조립을 유도하여 다공성 구조를 형성하고, 이후 열처리, 탄소화, 도핑, 복합화 등을 통해 기능성을 강화하는 방식이 주요 전략이다. 이 과정에서 표면적 증가, 이온 확산 촉진, 전도성 향상, 활성점 노출 확대와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 이는 전기화학 및 촉매 반응 성능 향상으로 이어진다. 이 연구 방향은 단순한 합성법 개발을 넘어서 '구조를 설계하여 기능을 만든다'는 재료공학적 철학을 잘 보여준다. 연구실은 프로그램 가능한 구조와 조성을 가진 다공성 반도체, 바이메탈 메소크리스탈, 탄소 프레임워크 내 금속 복합체 등 고도화된 구조체를 제안하며, 에너지·환경·전자소자용 소재 플랫폼으로 확장하고 있다. 향후에는 공정의 정밀 제어와 데이터 기반 최적화를 결합해, 고성능 소재를 빠르고 재현성 있게 제조하는 방향으로 연구 경쟁력을 더욱 강화할 것으로 보인다.

손희상 연구실은 에너지 저장 소재 외에도 유연 투명전극과 기능성 전자소자용 나노복합 소재를 활발히 연구하고 있다. 은 나노와이어, 그래핀, 금속 나노와이어 네트워크, CNT 기반 복합체 등 고전도성 나노재료를 활용하여 유연성, 투명성, 전기전도도를 동시에 만족하는 차세대 전극을 개발하는 것이 주요 목표다. 이러한 연구는 웨어러블 전자기기, 플렉시블 디스플레이, 차세대 센서 및 경량 전자소자 분야에서 중요한 기반 기술로 평가된다. 연구실은 특히 나노와이어 네트워크의 결정성 조절, 그래핀과의 하이브리드화, 불규칙 패턴 메쉬 구조 설계, 기계적-전기적 특성 향상 등에 집중한다. 단순한 전도성 확보에 그치지 않고, 반복 굽힘이나 변형 환경에서도 성능 저하가 적은 전극을 구현하기 위해 계면 결합력, 네트워크 연결성, 표면 안정성을 동시에 고려한다. 또한 투명전극뿐 아니라 바이오전자소자, 전기화학 기반 바이오센서, 기능성 코팅 등으로 응용 범위를 넓히며 유무기 하이브리드 소재의 설계 역량을 축적하고 있다. 이러한 연구는 재료 합성, 미세구조 제어, 전기적 특성 분석, 소자 응용을 유기적으로 연결하는 융합형 성격을 지닌다. 연구실이 보유한 나노복합체 제조 및 표면공학 역량은 에너지 소재와 전자소자 분야를 잇는 공통 플랫폼으로 작동하며, 향후 유연 에너지 저장소자, 자가치유 보호층, 차세대 인터페이스 소재 등으로 발전할 가능성이 크다. 결과적으로 연구실은 기능성 나노재료를 바탕으로 전기화학과 전자소자 응용을 동시에 아우르는 폭넓은 연구 지형을 형성하고 있다.