리튬-황 및 전고체 배터리 연구
리튬-황(Li–S) 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 비해 높은 이론 에너지 밀도와 풍부한 원재료의 장점을 바탕으로 차세대 이차전지로 주목받고 있습니다.
그러나 황이 전해질에 용해되며 발생하는 다단계 전기화학 반응, 방전 생성물의 비균일한 침전, 전해질과의 부반응 등으로 인해 충방전 효율이 저하되고 셀 수명이 단축되는 문제가 있으며, 이로 인해 실제 응용에는 여러 기술적 장벽이 존재합니다.
우리 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해, 황의 손실과 확산을 억제할 수 있는 나노구조 탄소 전극 소재를 개발하고 있으며, 전기화학 반응의 선택성과 속도를 조절할 수 있는 촉매를 전극에 도입하여 전체 반응의 균일성과 안정성을 향상시키고자 합니다. 또한, 반도체 공정 기술에서 착안한 정밀 합성 전략과 건식 공정을 기반으로 한 고밀도 나노입자 코팅 기술을 적용하여 전극 계면의 반응 특성을 제어하고, 소재의 구조적·화학적 안정성을 높이는 연구를 진행하고 있습니다.
이와 더불어, 액체 전해질의 누액 위험성과 계면 불안정성을 극복할 수 있는 고체 전해질 기반의 전고체 배터리 시스템도 개발 중입니다.
우리는 고체 전해질과 전극 계면에서의 반응 안정성을 확보하고, 리튬이온 전도 특성을 향상시키기 위한 구조 설계 및 계면 조절 기술을 적용하여, 장기 안정성과 고에너지 밀도를 동시에 충족할 수 있는 고체 배터리 플랫폼을 구축하고자 합니다.
주요 연구 분야
황 용해 억제를 위한 나노구조 탄소 전극 개발
전기화학 반응 효율 향상을 위한 촉매 통합 전극 설계
건식 공정 기반 고밀도 나노입자 코팅을 통한 계면 제어
반도체 공정 기반의 정밀 복합 소재 합성
고체 전해질–전극 간 계면 안정화 기술
전고체 배터리 내 리튬이온 전달 특성 향상
수소 생산 및 온실가스 전환을 위한 전기화학 촉매 연구
전기 에너지를 화학 에너지로 전환하는 전기화학적 변환 기술은 수소 생산과 탄소자원화, 그리고 전력–화학 융합형 시스템 구축을 위한 핵심 기반으로 평가받고 있습니다.
우리 연구실은 나노스케일에서 반응 중심을 정밀하게 제어할 수 있는 전기화학 촉매를 설계함으로써, 다양한 에너지 전환 반응의 효율성, 선택성, 안정성을 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다.
우선, 물 분해 반응(HER 및 OER)을 통한 고효율 수소 생산을 위해 단일 원자 촉매(SACs) 및 이종계면 기반 촉매 구조를 설계하고 있으며, 산성 및 염기성 조건 모두에서 높은 활성과 안정성을 유지할 수 있는 반응 환경을 구현하고 있습니다.
또한, 이산화탄소(CO₂) 및 메탄(CH₄)의 전기화학적 전환을 통해 연료 및 고부가가치 화합물을 생산하는 반응 시스템을 개발하고 있으며, 이를 위해 촉매의 전자구조 조절, 반응 경로의 선택적 제어, 그리고 계면에서의 반응 속도론 조절 등에 중점을 두고 있습니다.
우리는 계산화학적 분석과 operando 분석 기법을 병행하여 반응 메커니즘을 정량적으로 규명하고 있으며, 이러한 연구를 바탕으로 실제 응용 가능한 고활성·고안정 촉매 시스템을 개발하고자 합니다.
주요 연구 분야
물 분해 반응(HER/OER)을 통한 수소 생산 촉매 개발
CO₂ 및 CH₄ 전기화학 전환 반응 시스템 설계
단일 원자 촉매 및 이종계면 촉매 구조 최적화
반응 경로 및 전자구조 제어 기반 선택도 향상
실시간 분석(operando)과 계산화학 기반 메커니즘 규명