연구분야의 연구실에 대한 설명입니다.

에너지소재연구실에서는 우리 신체에서 일어나는 "촉진수송현상”을 기반으로 하여 염료감응 태양전지와 올레핀분리막에 대한 연구가 진행되고 있다. "촉진수송현상"은 혼합물 중에서 특정 물질의 전달현상을 향상시킬 수 있는 매우 흥미로운 현상으로, 현재 염료감응 태양전지와 올레핀분리막에 적용되고 있다. 염료감응 태양전지에서는 새로운 산화/환원쌍과 이들의 이온전도도를 향상시키기 위한 고체 고분자전해질에 대한 연구가 진행 중이며, 효과적인 다공성 전극 구조체를 설계하고, 이들의 표면 현상을 이해 함으로써 에너지 변환 효율을 향상시키는 데 주력하고 있다. 아울러 촉진수송현상을 에틸렌/에탄과프로필렌/프로판과 같이올레핀/파라핀 혼합기체를 분리하는데 적용하여, 분리 성능이 매우 우수함을 보여 주었다. 이것은 화학적으로 활성화 된 은 나노입자를올레핀 운반체로 하는 최초로 적용한 사례로, 실공정에 적용가능한 효율적인 분리막을 개발하기 위한 연구를 계속하고 있다.

분리막 연구실에서는 분리막을 이용한 기체 분리 기술 및 수처리 기술, 에너지 생산 기술을 주요 연구 분야로 선정하여 이에 적용할 수 있는 다양한 기능성 고분자 소재를 설계 및 합성하고 신규소재를 바탕으로 고성능 분리막을 개발하고 있습니다. 특히 독자적으로 개발된 열변환 고분자막 (TR-polymer Membrane)은 이산화탄소 기체의 선택적 투과도를 상용 고분자에 비해 500배 이상으로 향상시켰으며 이산화탄소 기체 분리 공정 향상에 기여하여 2007년 10월에 Science지에 발표되었습니다. 현재 열변환 고분자 소재의 가공을 통해 중공사막 모듈을 제작하는 한편, 새로운 고분자 소재를 개발하여 고온용 수소/이산화탄소의 분리나 화력발전의 배출가스 분리와 같은 다양한 기체분리 공정으로 분리막의 응용분야를 확대하고 있습니다. 또한, 나노 크기의 수소이온전달 채널을 가지는 다양한 구조의 탄화수소계 고분자 전해질을 설계 및 합성하여 이온 교환막의 이온 전도도와 내구성을 향상시켰으며, 고성능 수송용 PEMFC 등 다양한 연료전지 시스템에 적용하여 전기화학적 성능을 평가하고 있습니다. 현재 최근 친환경 에너지 기술로서 주목 받고 있는 고성능 수처리 및 기체 분리막과 에너지 전환 및 하베스팅 용 분리막 개발을 위해 기능성 고분자 소재 합성 기술과 다양한 형태의 복합막 제작 기술과 나노 고분자 제어 기술을 이용하여 혁신적 고분자 소재에 대한 연구를 진행 중입니다.

본 연구실은 리튬이차전지에 적용되고 있는 소재중 양극과 음극 소재에 대해 연구하며 전극 소재의 합성, 물리적, 전기화학적 특성 분석, 리튬이차전지 제조 및 성능 분석 등을 중점적으로 연구하고 있다. 이러한 연구 결과로 세계 최초의 고용량, 고안전성 리튬이차전지용 양극 소재 개발하고 세계 최고 권위의 논문인 Nature Materials 외 300여편의 SCI논문, 다수의 원천 특허를 보유하고 있다. 현재는 차세대 초고용량 리튬이온전지 시스템인 리튬 공기전지, 리튬황전지, 나트륨 이온전지 등의 다양한 전지 시스템을 개발 중에 있다. 또한 국내 리튬이차전지 전극 제조 회사와의 기술이전을 통해 개발된 소재는 상업화를 진행 중에 있다.

본연구실에서는 1D 나노 구조체의 합성, 나노 스케일 기능성 재료, 나노파티클 간의 특성 제어를 통한 패터닝 기술, 실리콘 및 화합물 반도체의 전사 기술 등 차세대 공정기술 개발을 진행하고 있고, 이러한 공정기술들을 투명 디스플레이, lithium ion battery와 같은 에너지 저장 소자, 에너지 변환소자, stretchable 혹은 flexible한 device 등의 나노 소자 구현에 적용을 하고 있다. stretchable 혹은 flexible한 device 등의 나노 소자 구현은 미국 UIUC의 John A. Rogers 그룹과의 협력 연구를 통하여 선진 기술 습득 및 기술 교류를 통하여 연구를 진행하고 있다. Energy storage 분야에서는 Si, Ge, 카본 나노 튜브, 전이 금속 산화물 등의 나노구조체를 이용한 고용량 고출력 리튬 이온 전지용 전극 제조 연구를 수행하고 있고, 차세대 고용량베터리로촉망받는 Lithium air battery에 대한 연구를 캐나다 Waterloo 대학의 Linda F. Nazar교수와 공동연구로 수행 중 이다. 반도체 평탄화 기술(Chemical Mechanical Planarization)에서는 나노 입자의 분산성 및 슬러리 조성 제어를 통하여 50나노급 이하의 Nand Flash 소자 공정을 위한, CMP 슬러리 제조에 대한 연구를 진행하고 있다. 가스터빈 분야에서는 가스터빈 고온 부품의 직화에 의한 열피로 방지를 위하여 열차폐 코팅 기술 개발, 블레이드 및 베인 파트의 냉각 유로 연구 형성을 위한 세라믹 코어 사출기술 개발로 가스터빈 고온요소 부품의 국산화 연구를 수행하고 있다. 이러한 연구를 통하여 본 연구실에서는 220여 편의 SCI 논문 발표 및 특허 발표, 기술 이전 등 우수한 성과를 내고 있다.

나노공학연구실의 연구 분야는 미세 분자들의 이동과 저장을 위한 고성능 고분자, 고분자 기반 나노복합체 또는 혼합물, 미세다공성 고분자 또는 무기 재료 및 이를 통한 연료전지, 유기전지, 차단용 포장재, 수소 저장, 기체 및 액체 분리 등에의 활용으로써, 나노 기술을 활용한 첨단 소재의 연구 및 발전을 통해 전략적인 에너지 및 환경 솔루션을 제공하는 것을 연구 범위로 하고 있다. 세부적으로 청정 석탄 기술, 이산화탄소 포집 및 저장, 에너지 및 수자원의 지속성, 수소 활용 기술, 대기오염 및 분진 저감, 대체 에너지, 바이오매스, 수자원 관리, 지구 기후 변화, 에너지 효율적 활용 기술, 오염물 제거 기술 등의 포괄적 범위의 기술 개발을 포함하며, 에너지 순환 과정에서 필연적으로 수반되는 폐기물 발생을 최소화하고 자원을 보존하기 위해 분리 공정 및 기술의 개선을 목표로 하고 있으며, 이를 통해 효율적이고 경제적인 에너지의 활용과 청정 환경을 보장하기 위해 노력하고 있다. 궁극적으로 나노공학연구실은 오늘날의 가장 큰 이슈이자 도전 과제인 환경 및 에너지 문제 해결을 위한 실전적이고 고효율 저비용의 솔루션을 제공하기 위한 노력하고 있다.

본 연구실의 연구 분야는 크게 차세대 리튬 이차 전지용 고용량 음극 재료 설계 및 합성, Na, Mg 이온 저장가능한 전극 재료 설계 및 합성, 그리고 고활성 금속 회수 및 고활성 금속 나노 분말 및 박막 형성을 위한 친환경 전기화학 공정으로 나눌 수 있다.차세대 리튬 이차 전지 분야는 이미 상용화된 탄소계 음극 재료의 이론적 한계를 극복하고자 Si, Sn 등의 리튬과 합금화가 가능한 재료와 고용량의리튬 저장이 가능한 전이금속 산화물에 관한 연구가 진행 중 이다. 최근에는 합금화 반응 및 전이금속 산화물의 리튬 이온 저장에 의한 부피 변화 및 응력 발생을 최소화하기 위해 나노 구조체 및 나노 복합화에 대한 연구를 수행 중에 있다. 또한 최근에 전기 자동차 및 신재생에너지 전력 저장용 대형 이차 전지의 수요가 늘어남에 따라 문제시되고 있는 리튬의 고갈 문제를 극복하고 보다저가 생산이 가능한 Na 및 Mg 이온의 저장이 가능한 새로운 전극 재료에 대한 연구를 착수하여 다양한 조성과 구조의 재료에 대한 특성 평가 및 이를 바탕으로 Mg, Na 이온의 저장 반응 기구에 대한 연구도 진행하고 있다. 친환경 전기화학 공정 연구 분야는 기존에 1000도 이상의 고온에서 제련이 가능하였던 고활성 금속에 관한 저온, 친환경 전기화학 공정 설계 및 구현을 목표로 진행하고 있다.

에너지 나노-바이오 소재 연구실에서는 에너지 저장 및 변환 소자용 신소재와 시스템의 개발을 위해 나노-바이오 소재와 구조를 설계하는 연구를 수행하고 있다. 화학적 형판과 바이오 형판을 이용하여 하이브리드나노물질을 개발하고 그 구조를 제어하여 차세대 에너지 소자용 전극 소재를 개발한다. 특히 자연계에 존재하는 생물체의 구조와 소재에서 착안한 자연모사 나노 물질의 합성과 자기조립을 연구하여 에너지 저장 및 변환 시스템에 적용한다. 소재 구현과 특성 기초연구를 위해 위해 유기-무기 소재의 계면 제어와 나노구조 설계에 중점을 둔 연구를 수행하고 있다.

에너지 전자재료 및 소자 연구실에서는 다양한 유무기 전자재료 (고분자 및 퀀텀닷 그리고 그들의 복합체)를 개발하고 박막 태양전지, 트랜지스터, 열전소자 등의 차세대 에너지 전자소자에 응용하는 연구를 수행하고 있다. 특히 퀀텀닷의 표면을 무기리간드로 치환하여 전기적 특성을 획기적으로 향상시키고, 유기 및 고분자 전자재료 (반도체, 절연체, 전도체)의 기능성을 극대화 하여 에너지 전자소자의 성능 및 안정성을 향상시키는 데에 중점을 둔다. 궁극적으로 본 연구실은 기존 실리콘 기반 전자재료와 에너지 전자소자산업을 대체 할 용액공정 기반 재료 및 공정을 개발하여 저비용 고효율의 차세대 에너지 전자소자의 구현을 목표로 한다.