연구실 소개

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 권오민 교수님 연구실은 고성능 전고체전지와 리튬이온전지 개발에 모든 역량을 집중하고 있습니다. 고출력, 장수명, 고에너지 밀도를 갖춘 궁극적인 배터리를 구현하는 것을 목표로 하고 있습니다. 연구 범위는 핵심 소재 설계부터 최종적인 완성 셀(Full-Cell) 통합 단계까지, 전체 시스템을 포괄합니다. 우리랩의 비전은 초격차 배터리 기술을 통해 글로벌 전기화(Electrification)를 가속하고, 인류의 지속 가능한 미래를 위한 에너지 시스템 혁신을 선도하는 것입니다. 이를 위해 저희는 유기/무기, 재료/전기화학 등의 전문 지식을 융합한 접근 방식을 통해, 배터리의 성능 지표를 근본적으로 향상시키고자 합니다. 이와 더불어, 우리랩은 학생들이 문제의 본질을 인식하는 능력부터 실질적인 문제 해결 역량을 배양할 수 있도록 집중 지원하여, 미래 사회를 이끌어갈 훌륭한 연구자들을 배출하는 것 또한 중요한 목적으로 삼고 있습니다. 많은 현실적인 문제들을 끊임없이 해결하고 우수한 인재를 양성함으로써, 글로벌 전기화 시대로의 전환을 가속하는 데 기여하고자 합니다.

홈페이지 : http://smartlab.hanyang.ac.kr/

기능성 연성소재 연구실에서는 대표적인 연성소재인 고분자와 콜로이드를 중심으로, 다양한 산업 분야에 적용 가능한 차세대 기능성 소재 기술을 연구하고 있습니다. 고분자와 콜로이드는 화장품, 석유화학, 반도체, 배터리 등 대한민국의 주요 산업 전반에서 꾸준히 주목받는 핵심 소재로, 그 응용 범위와 성장 가능성은 지속적으로 확대되고 있습니다.

본 연구실은 계면 공학과 유변학적 접근을 기반으로 고분자 및 콜로이드의 미세 구조를 정밀하게 조절하고, 이에 다기능성을 부여하는 기술을 개발하고 있습니다.

• 고분자 분야: 분리막과 고분자-나노입자 복합체를 개발하고 있으며, 이를 바탕으로 나노 필터, 보호 코팅, 광학 필름, 센서, 전극 코팅 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다.

• 콜로이드 분야: 에멀젼, 폼, 슬러리 등 매우 넓은 표면 및 계면을 갖는 시스템의 안정화 및 기계적 물성 조절을 연구하며, 이를 기능성 화장품, 배터리·반도체 소재 등으로의 실용적 적용 가능성을 적극적으로 탐구하고 있습니다.

홈페이지 : http://seunghyeok.com/

 혁신 에너지 솔루션 연구실 (Innovative Energy Solution Lab)은 고성능 리튬이차전지 및 차세대전지를 개발하며, 연구실 핵심 방향은 고에너지밀도, 고안전성, 장수명특성 및 급속 충전 등의 특성을 발현할 수 있는 혁신적인 솔루션을 제시하는 것입니다. 이를 만족시키기 위한 핵심 전략으로는 1) 계면 설계(Interface design)을 통한 차세대전지 (리튬금속전지 등) 안정성 향상, 2) 인공지능(AI) 기반 활성화공정 및 충전 프로토콜 개발, 3) 전지 안전성 향상을 위한 분석 프로토콜 및 신규소재 개발 등이 있습니다. 차별화된 전략을 기반으로, 기존에 달성하지 못한 특성 및 성능을 확보하는 것을 목표로 하고 있습니다.

• 계면 설계를 통한 차세대전지 안정성 향상: 리튬금속전지, 전고체전지, 수계아연전지 등의 차세대전지는 높은 에너지밀도를 지니지만, 계면 불안정성으로 인한 덴드라이트 형성, 부반응, 급속충전 한계 등의 문제를 겪고 있습니다. 본 연구실은 이러한 한계를 극복하기 위해 계면 구조 및 조성의 정밀 제어를 핵심 연구 방향으로 설정하고 있습니다.

• 인공지능 기반 활성화공정 및 충전 프로토콜 개발: 최적의 활성화공정 및 충전 프로토콜 개발을 위해서 공정 변수(전류밀도, 전압 등)가 전지 거동에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고, 이를 데이터베이스화할 예정입니다. 이후 인공지능(AI) 기반 접근법을 활용하여 활성화공정 및 충전 조건에 따른 전지의 전기화학적 응답을 학습·예측함으로써, 최적화된 프로토콜을 도출합니다.

• 전지 안전성 향상을 위한 분석 프로토콜 및 신규소재 개발: 셀 단위에서의 열화 메커니즘을 정량적으로 규명하고, 재현성 및 신뢰성이 확보된 신규 분석 프로토콜을 개발하고자 합니다. 이를 통해 셀 단위에서의 물리적·화학적 열화 거동을 정밀하게 평가하고, 신규 안정화 소재 및 구조 설계를 통해 전지 안전성을 향상하는 전략을 제시합니다.

홈페이지 : http://nanobiochem.hanyang.ac.kr
 

김종호 교수 연구실에서는 저차원 나노물질을 합성하고 표면기능화를 통해 단백질 및 병원체를 검출할 수 있는 나노바이오 센서 연구뿐 아니라 다양한 질병들을 치료할 수 있는 나노메디슨을 포함한 나노바이오 기술을 연구하고 있다. 또한 고체상 유기합성을 이용하여 팹타이드를 합성하고 기능성 화장품이나 생체의료용 소재로 응용하는 연구도 병행하고 있다. 본 연구실에서 나노바이오 기술 외에도 Li-metal 전고체 배터리, Li-S 배터리, 수계 metal-air 배터리를 포함한 차세대 배터리 신소재 개발 및 셀 성능 평가에 대한 연구도 매우 활발히 진행하고 있다.

홈페이지 : https://hjhaha73.wixsite.com/hyoogroup
 

본 연구실은 다양한 무기복합소재와 나노재료, 배위고분자소재들을 합성하고 성질을 분석하여 활용 타겟에 적합한 형태로 전환시켜 보다 활용도를 높이는 연구를 진행하고 있다. 특히 그 지향하는 타겟을 ‘에너지-촉매기술’과 ‘바이오기술’에 초점을 맞추어 무기나노복합소재를 활성과 안정성이 높은 형태로 제조하여 다양한 촉매, 전기화학시스템을 구성하고 에너지기술용 디바이스 제작이나 배터리 및 바이오전지에 적용하는 연구를 진행하고 있다.

⦁ 다중금속성 나노입자나 다공성 무기산화물 나노입자, 그리고 다조성 금속-무기산화물 나노복합체 등의 기능성 복합 나노구조체는 에너지-촉매기술에 높은 활용가치를 지닌다. 배위고분자 골격체의 전극상 직접성장을 통한 전극시스템 구성을 통해 물분해반응의 촉매활성이 비약적으로 향상된 디바이스 구성을 이끌 수 있다. 다중금속성 전기촉매의 계면접합부의 밀도를 극대화시켜 나노복합재료 촉매의 에너지기술에 활용하는 기술은 그 활용의 폭이 매우 크다. 이를 통해 다중금속성, 다중기능 전기촉매 전극시스템과 최적의 멤브레인 적용으로 효과적인 물분해 시스템을 개발하는 연구를 진행 중이다.

⦁ 맞춤형 나노담지체를 이용한 다기능성 나노복합소재는 각 구성 파트의 다양한 장점들을 하나의 물질로 구축 할 수 있다. 크기 선택적 화학 촉매와 광촉매는 기존 물질과는 차별화된 새로운 기능성 소재로써 높은 가치를 지닌다. 아울러 뇌손상 치료에 효과적인 약물을 담지한 나노담지체를 활용하여 약물전달과 치료효과를 극대화하는 연구를 진행하고 있다.

⦁ 다기능성 무기나노복합재료를 이용한 시스템 구성에 3D프린팅 기술을 활용하는 것은 고성능 신소재 개발, 제조공정 단축, 특정 응용분야에 대한 소재특성 확대라는 중요성을 만족하는 연구이다. 3D프린팅 기법을 활용한 에너지저장 및 배터리용 전극시스템 개발을 통하여 다기능성 무기나노복합재료를 보다 효율적으로 활용할 수 있다. 3D프린팅 기술의 장점을 활용하여 구성한 전극을 활용, 전이금속 기반 층상 이중 수산화물을 도입하거나 고분자/MOF유래 탄소복합 3D프린팅소재 전극과 3D프린팅 모노리스를 제작하여 에너지저장이나 연료전지기술에 활용하는 연구를 진행 중이다.

홈페이지: http://psid.hanyang.ac.kr

⦁ 공정설계 및 최적화 (Process Design & Optimization)

혁신적인 공정 시뮬레이션과 기술경제성분석(TEA, Techno-Economic Analysis)을 통해 열역학적·경제적 우수성을 가진 새로운 공정을 설계하며, 전과정평가(LCA, Life Cycle Assessment)를 통해 환경적 영향을 종합적으로 평가합니다.

⦁ 인공지능 기반 공정지능화 (AI-based Modeling)

비선형성이 강하고 복잡한 정유 및 석유화학 공정에서 AI 모델을 통해 실시간 예측, 가상 센싱, 신규 촉매 개발, 이상 진단을 수행하여 공정의 효율성과 안전성을 향상시킬 수 있는 연구 분야입니다.

⦁ 유체전산모사 (Computational Fluid Dynamics, CFD)

3D 유체 모델을 개발하고, 이를 활용해 공정 내 유체흐름과 열전달 현상을 분석하고, 사고 발생 시 폭발 및 가스 확산 시나리오를 예측해 안전성을 확보할 수 있습니다.