류재건

차세대 이차전지 핵심 소재 개발

본 연구실은 미래 에너지 저장 시스템의 핵심인 차세대 이차전지의 성능을 획기적으로 향상시킬 핵심 소재 개발에 집중하고 있습니다. 리튬이온전지를 넘어 소듐이온전지, 듀얼이온전지 등 다양한 차세대 전지 시스템에 적용 가능한 고용량/고에너지밀도 전극 활물질(실리콘, 리튬, 소듐, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 기반 재료 등) 연구를 선도하며, 특히 실리콘 음극의 부피 팽창 문제 제어와 금속 음극의 덴드라이트 억제 및 계면 안정화 기술을 통해 전극 활물질의 안정성을 높이는 데 주력합니다. 또한, 전지의 안전성과 효율을 결정하는 고체 전해질 및 주입형 전해질, 맞춤형 전해질 설계 기술을 통해 기존 액체 전해질의 한계를 극복하고 초경량 유연 전지, 수계 배터리, 다가 금속 배터리 등 다양한 차세대 전지의 상용화를 위한 기반을 마련하고 있습니다. 이러한 연구는 원자 수준의 소재 설계와 계면 공학적 접근 방식을 결합하여 소재의 잠재력을 극대화하며, 차세대 배터리의 에너지 밀도와 수명을 동시에 개선하는 데 크게 기여합니다.

고성능 이차전지용 고분자 바인더 및 전극 계면 제어 기술

이차전지의 성능과 수명은 활물질뿐만 아니라 전극 구성 요소 간의 안정적인 결합과 계면 특성에 크게 좌우됩니다. 본 연구실은 이러한 문제 해결을 위해 혁신적인 고분자 바인더 기술 개발에 주력하고 있습니다. 플루오린화 스티렌 설포네이트 작용기를 포함하는 신규 화합물, 이온성 고분자 바인더, 그리고 그리드 네트워크형 고분자 등 다양한 형태의 바인더를 설계 및 합성하여, 실리콘 음극과 같이 부피 변화가 큰 활물질의 안정성을 확보합니다. 이러한 바인더는 강력한 쿨롱 상호작용과 수소결합을 통해 고용량 음극 활물질을 효과적으로 제어하고, 우수한 기계적 특성으로 인해 부피 팽창으로 인한 전극의 응력을 효율적으로 분산시킵니다. 전극 계면에서의 전해질 분해 및 부피 팽창을 억제함으로써, 전지의 용량 유지율과 사이클 특성을 비약적으로 향상시키고 안정적인 충방전 수명 특성을 구현하는 것이 목표입니다. 특히, 라디칼 중합을 이용한 음이온성 고분자 바인더 제조 방법은 공정의 간단함과 양산성의 우수성을 확보합니다.

실시간 분석 기반 듀얼이온전지 및 에너지 저장 메커니즘 연구

본 연구실은 차세대 듀얼이온전지를 포함한 에너지 저장 시스템의 작동 메커니즘을 심층적으로 이해하고 최적화하기 위해 실시간(in-situ/operando) 분석 기법을 적극 활용하고 있습니다. 실시간 X-선 회절 분석과 같은 첨단 분석 기술을 통해 전지 작동 중 전극과 전해질 계면에서 발생하는 변화를 다차원적으로 분석하며, 이를 통해 듀얼이온전지의 고효율화를 위한 전해질 및 계면 재편성화 전략을 개발합니다. 이러한 접근 방식은 전지 성능 저하의 근본 원인을 규명하고, 전해질과 계면의 상호작용을 통한 고효율 듀얼이온/애니온 셔틀 전지 개발을 가능하게 합니다. 맞춤형 전해질과 새로운 전지 시스템 설계에 대한 이해를 깊게 하여, 극한 고속충전 전지 등 고성능 에너지 저장 기술의 상용화를 앞당기는 것을 목표로 합니다. 특히, 신소재 설계와 연계된 실시간 분석 방법론은 에너지 저장 메커니즘에 대한 심도 깊은 이해를 제공하여 전지 소재 및 시스템 최적화에 결정적인 기여를 합니다.