차세대 에너지 저장 소재 연구실

고품질 배터리 양극·음극 소재를 직접 합성하고, 다양한 분석 기법을 통해 구조와 전기화학 특성을 규명합니다. 차세대 이차전지의 성능 혁신은 결국 소재 합성의 정밀도에서 출발합니다. NESM Lab은 공침법(co-precipitation), 고체상(solid-state), 용융염(molten salt), mechanochemistry 등 다양한 합성 경로를 활용해 층상 산화물, 단결정, 농도구배 구조를 제어합니다. 분석 측면에서는 XRD·HRTEM·STEM-EDS·XPS·synchrotron XAS 등을 통해 원자 수준의 구조-성능 상관관계를 규명하고, in-situ/operando 기법으로 실제 작동 조건의 거동을 관찰합니다. 배터리 소재가 장기 사이클·고전압·고온 환경에서 왜, 어떻게 열화되는지를 원자-나노-마이크로 스케일에서 규명하고 개선 방안을 제시합니다. Ni-rich 층상 양극은 에너지 밀도가 높지만 미세 균열(microcrack), 표면 재구성, 상전이가 수명을 제한하는 본질적 문제를 가지고 있습니다. NESM Lab은 이 열화 경로를 원자 수준에서 해석하고, 근표면 재구성 제어·미세구조 정제·도핑 전략으로 극복하는 방법을 연구합니다. 대표적으로 Nature Energy 2024년 논문에서 '근표면 재구성(near-surface reconstruction)'을 고성능 Ni-rich 양극의 핵심 원리로 제시한 바 있으며, ACS Energy Letters 2023·2021년 논문을 통해 미세변형 완화·단결정 구조의 모폴로지-성능 관계를 체계화했습니다. 리튬이온전지의 에너지 밀도·수명·안전성을 동시에 극대화하는 단결정 · 농도구배 · 나노로드 기반 Ni-rich 양극을 설계하고 실증합니다. 전기차 보급 가속과 에너지저장장치(ESS) 확산은 양극소재에 더 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 동시에 요구합니다. NESM Lab은 Ni 함량 90%+ 층상 산화물을 기반으로 단결정·농도구배·나노로드 미세구조를 설계해 이 상충 관계를 극복합니다. 구체적으로 (1) 단결정 NCM/NCMA 양극의 결정 성장 제어와 벌크 안정성, (2) 농도구배(full gradient, core-shell) 설계로 표면 안전성 확보, (3) 나노로드 1차 입자 배열로 리튬 확산 경로 최적화, (4) W·B·Mo·Ce 등 도핑 전략 등 종합적 접근을 취합니다. 리튬 자원의 편중, EV의 가격 압력, ESS의 대용량 요구는 '리튬 이후'를 준비하도록 만듭니다. NESM Lab은 다음 세 축을 차세대 배터리 연구 방향으로 설정합니다. 첫째, 나트륨이온전지(SIB) — O3/P2 heterostructure, Ni-Mn 기반 양극, Sn 도핑 등 자원 경제성 있는 대안 소재를 연구합니다. Energy Storage Materials 2022, J. Phys. Chem. C 2021 논문을 통해 핵심 설계 원리를 제시한 바 있습니다.