강병우 JA교수

리튬 이차 전지와 같은 에너지 저장 장치의 성능을 결정짓는 소재에 대한 연구를 진행하며 특히, 소재의 물성과 전기화학 특성과의 근본적인 관계를 이해하고 이를 통해 차세대 고성능/고용량 소재 개발과 IOT장치와 같이 새로운 응용분야에 사용 가능한 새로운 차세대 에너지 저장 플랫폼 개발을 진행하고 있다.

환경과 에너지에 대한 문제가 전 인류의 문제로 대두되면서 지속 가능한 에너지 패러다임을 구현하는 것이 인류의 번영과 존재를 위해서 필수적인 요소가 되어가고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 솔루션 중에 가장 전망이 있는 기술은 에너지 저장 장치 기술이다. 특히, 전기 자동차 및 신재생 에너지 사용의 확대가 이러한 문제점들을 해결하기 위한 필수적인 수단으로 인식되면서 이것을 가능하게 할 수 있는 고용량, 고출력, 안전한 이차 전지에 대한 관심이 폭발적으로 증가하고 있다.

다른 에너지 변환 장치들에 비교해서 이차 전지는 양극, 음극, 전해질로 간단하게 구성되어 있어, 사용되는 물질의 성능에 따라서 선형적으로 전지의 성능이 결정되어 진다. 따라서, 합성 공정이나 도핑 등에 의해 물질의 성질을 변화시키고 이러한 변화가 전기화학 특성과 에너지 저장 방식에 미치는 영향을 이해하는 것이 전지 성능 향상을 위한 필수적인 방법이다. 따라서, 본 연구실에서는 고용량 에너지 저장 물질의 개발을 위해 기존에 사용되고 있는 에너지 저장 방식 (전이 금속 기반의 전자의 공급)의 근본적인 한계를 극복하는 새로운 에너지 저장 방식의 개발과 이해를 통해서 이러한 에너지 저장 방식을 이용하는 새로운 고용량 전극 물질 개발에 연구를 집중적으로 진행하고 있다. 이를 통해서 기존의 이차 전지의 플랫폼을 이용해서 얻을 수 없는 고에너지 용량을 구현할 수 있을 것이다.

또한, 본 연구실에서는 기존 이차 전지의 가장 큰 문제점인 안전성을 해결하고 고용량 에너지를 동시에 구현하기 위해서 기존에 사용하고 있는 액체 전해질이 아닌 새로운 형태의 고체 전해질을 이용한 전고체 전지에 대한 연구가 진행되고 있다. 전고체 전지는 안전성이 확보될 뿐만 아니라 기존 전지에서 사용 불가능한 고전압 물질을 사용하여 획기적으로 에너지 용량을 증가시킬 수 있어 차세대 전지로써 큰 각광을 받고 있다. 특히, 전고체 전지는 단순한 소재의 변화가 아닌 새로운 에너지 저장 플랫폼의 변화라고 할 수 있다. 따라서, 전고체 전지는 기존 이차 전지가 사용될 수 있는 응용 분야를 센서나 IOT 장치와 같은 차세대 분야까지 확대할 수 있을 것이다.

본 연구실의 주요 연구 주제는 고용량 리튬 이차 전지와 같은 에너지 저장 및 변환 장치를 위한 (1) “물질의 합성 및 그것을 위한 효율적인 공정 개발”, 물질의 물성과 전기화학 특성의 근본적인 관계 이해를 통한 “새로운 고용량 에너지 저장 방식의 개발”, 새로운 응용 분야의 개척을 위한 (3) “전고체 전지와 같은 차세대 에너지 저장 플랫폼 개발”이라는 세 분야로 구분 될 수 있다. 이러한 세 분야의 통합적 연구를 통해서 본 연구실에서는 기존의 기록을 깰 수 있는 고용량/고안전성 물질과 신개념 에너지 저장 장치를 개발하고 그것을 통한 기술적 혁신을 이루는 것을 목표로 하고 있다.