ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE

친환경적이면서 지속적으로 사용가능한 신재생 에너지의 에너지원은 무한으로 사용가능하지만, (1) 에너지 생산시점과 수요시점의 시간차 등으로 인하여 공급이 일정치 않고, (2) 지리적 편중의 문제가 있다는 단점이 있음. 이를 극복하기 위한 방안으로, 생산된 에너지를 저장하고 필요시 공급할 수 있는 전기화학적 에너지 저장장치의 개발이 활발하게 진행중임. 현재 전기화학적 에너지 저장 장치 개발을 위한 다양한 방법들이 제시되고 있으며, 이 중 전극을 에너지원으로 사용하는 시스템 연구가 압도적인 비율을 차지하고 있음. 대표적으로 리튬계 배터리와 전기이중층 커패시터 (혹은 슈퍼커패시터)를 예로 들 수 있는데, 1) 리튬계 배터리는 에너지밀도가 높다는 장점이 있는 반면, 출력 밀도가 낮아 충/방전 속도가 느리며 수명이 짧은 단점을 가지고 있고, 2) 슈퍼커패시터는 장수명, 고출력의 장점이 있지만 에너지밀도가 낮기 때문에 사용이 제한됨. 동시에, 3) 전극을 주 에너지 저장원으로 사용하는 이 시스템들은 대형화가 용이치 않음. 이러한 문제점들을 해결하기 위한 연구가 진행 중이지만, 전반적인 연구 동향을 보면 대체 전극 재료를 개발하는 연구에 치중되어져 있음. 현 에너지 저장 시스템이 갖는 기존 문제점들을 해결하고 토털 디바이스(total device)의 성능을 향상시키기 위해서는 다각도의 접근법과 새로운 시스템 및 소재 개발이 반드시 필요함.

본 OEEM연구실에서는 고성능 친환경 에너지저장시스템 개발을 위한 차세대 “시스템/전극 맞춤형 전해질” 연구를 목표로, 기존 전극 중심 연구에서 나아가 전해질 중심의 기초, 응용 연구를 수행하고 있음. 현재 다음의 4가지 세부 연구 분야의 연구가 독립적이고 유기적으로 진행임: 1) 고에너지 레독스 활성 분자 기반 전해질 연구, 2) 고전압 깊은 공융 용매(Deep Eutectic Solvent) 연구, 3) 고전압 수계 고농도 염 전해질(Water- in-Salt Electrolyte), 그리고 4) 하이브리드 메탈 이온 커패시터 연구 본 연구실에서는 다양한 전해질과 전극의 계면에서 일어나는 화학적/전기화학적 반응에 대한 연구를 통하여 전해질의 “구조-기능-성능”의 상관관계에 관하여 이해하고, 이를 통하여 정립된 연구결과를 실제 상용화가능한 에너지저장시스템 (레독스 흐름 전지, 레독스 슈퍼캐패시터, 메탈 이온 커패시터)에 적용, 당면한 에너지 문제를 해결하고자 함.

Research Interests

Molecular engineering of redox-active organic molecules

- Formulation of design guidelines for stable and high-performance organic redox-active molecules
- In-depth understanding of electrode/electrolyte interfacial interactions
- Electroanalytical studies on the reversibility, stability, and electron transfer kinetics of candidate redox couples

Development of energy storage systems

- redox-enhanced electrochemical capacitors (Redox ECs): 하이브리드 레독스 커패시터(Redox ECs)는 사이클 수명이 길고 출력밀도가 높은 장점을 가지는 기존의 전기이중층 커패시터(electric-double layer capacitor)와 에너지밀도가 높은 장점을 가지는 2차전지의 장점을 결합한 하이브리드 에너지 저장 시스템으로서, 전기이중층 정전용량(capacitance)에 더하여, 유기물 전해질의 산화/환원 반응에 의한 패러데익(faradaic) 에너지 저장 메커니즘을 추가함으로써 기존 커패시터의 낮은 에너지 밀도 문제를 해결할 수 있는 장점이 있음.

Current Research Topics

ORGANIC ELECTROCHEMISTRY

Electroorganic Synthesis

TBD