Ultrafast Energy Storage: 교류 전원 필터링과 고출력 전자기기를 위한 밀리초 응답 슈퍼커패시터를 개발합니다 

초고속 에너지 저장 기술(밀리초 응답 슈퍼커패시터)은 기존 리튬이온 배터리의 느린 충·방전 속도와 알루미늄 전해콘덴서의 낮은 에너지 저장 용량 사이에 존재하는 성능의 공백(performance gap)​을 메울 수 있는 차세대 에너지 저장 기술입니다. 밀리초(ms) 수준의 빠른 응답 속도와 높은 에너지 저장 능력을 동시에 구현함으로써, 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 전력회로의 필터를 칩 수준으로 소형화할 수 있는 가능성을 제공합니다.

이 기술은 스마트폰, 웨어러블 기기, 초슬림 전자기기의 소형화와 고집적화에 기여할 뿐 아니라, 5G/6G 통신, AI 반도체, 고성능 컴퓨팅(HPC) 등 순간적인 고출력이 요구되는 시스템에 안정적인 전력 공급을 가능하게 하는 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 우리 연구실은 나노구조 전극 소재 및 전해질과의 계면 공학을 기반으로 이러한 차세대 초고속 에너지 저장 시스템을 연구하고 있습니다.

•  M.-G. Kim, J. Park, Y. Choi, S.-H. Kim, K.-M. Bang, N.-K. Kim, D. H. Won, B.K. Min, W. Kim, “CuIR nanoparticles for electrochemical reduction of CO2 into t-BuOH” Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2300749 (Inside Front Cover)

• J. Park, J. lee, W. Kim, “Redox-active water-in-salt electrolyte for high energy-density supercapacitors” ACS Energy Lett. 2022, 7, 1266-1273

• J. Park, W. Kim, "History and perspectives on ultrafast supercapacitors for AC line filtering", Adv. Energy Mater. 2021, 2003306 (Inside Back Cover)

• J. Park, J. Lee, W. Kim, “Water-in-salt-electrolyte enables ultrafast supercapacitors for AC line filtering” ACS Energy Lett. 2021, 6, 769-777  

• Y. Yoo, M-S. Kim, J-K. Kim, Y.S. Kim, W. Kim, “Fast-response supercapacitor with graphitic ordered mesoporous carbons and carbon nanotubes for AC line filtering” J. Mater. Chem. A. 2016, 4, 5062-5068 (Front Inside Cover)

• Y.J. Kang, S.J. Chun, S.S. Lee, B.Y. Kim, J.H. Kim, H. Chung, S. Y. Lee, W. Kim, “All-solid-state flexible supercapacitors fabricated with bacterial nanocellulose papers, carbon nanotubes, and ion gels” ACS Nano 2012, 6, 6400-6406

Advanced Battery Electrolytes: 고속 충전과 장기 안정성이 가능한 차세대 배터리 전해질을 개발합니다

AI 기반 차세대 배터리 전해질 및 계면 연구는 고속 충전, ​화재 안전성, ​장기 수명 등 차세대 배터리의 핵심 성능을 좌우하는 전해질 분자 구조와 SEI 계면 형성 메커니즘을 이해하고 제어하는 국가·산업적 핵심 연구 분야입니다. 기존 전해질의 한계로 인한 배터리 열화와 가스 발생 문제를 제어하여 고전압·고용량 시스템의 안정성을 향상시키는 것이 본 연구의 주요 목표입니다.

특히 수만 가지 이상의 염, 용매, 첨가제 조합을 실험적으로 반복 검증하던 기존의 시행착오(Trial-and-Error) 방식에서 벗어나, AI와 머신러닝을 활용한 고속 스크리닝(High-throughput Screening)​을 통해 분자 간 상호작용을 예측하고 유망한 전해질 조성을 효율적으로 탐색합니다. 이를 통해 소재 탐색과 개발 기간을 크게 단축하고, 데이터 기반 소재 설계 패러다임을 구축하여 안전성과 급속 충전 성능을 동시에 향상시킬 수 있는 차세대 리튬 및 전고체 배터리 기술의 개발을 앞당기는 것을 목표로 합니다.

• D.B. Lee, J. Park, E. Kim, W. Kim, "Interpretable enhanced-ECFP-guided deep learning for rational electrolyte design and Coulombic efficiency prediction in lithium metal batteries", Energy Storage Mater. 2026, 86, 104972

MWIR Optoelectronics: 보이지 않는 정보를 감지하는 초소형·초고감도 차세대 적외선 눈을 개발합니다 

MWIR(중파장 적외선) 광전자학 및 2D 나노소재 연구는 국방, 자율주행, 환경 감시, 의료 진단 등 첨단 산업 전반에서 '보이지 않는 정보를 감지하는 초고성능 센서'를 구현하기 위한 핵심 분야입니다. 중파장 적외선 대역(파장 = 3-5 um)은 대기 투과율이 높고 분자 독성·가스의 지문 영역을 포함하고 있어 초정밀 감지 및 열화상 탐지에 필수적입니다.

특히 2D 나노소재는 기존 적외선 센서의 한계인 거대한 냉각 장치(극저온 냉각 필수)와 유해 물질 사용, 고비용 한계를 극복하는 열쇠가 될 수 있습니다. 원자층 수준의 얇은 2D 소재는 잠재적으로 상온에서도 높은 감도로 MWIR을 감지할 수 있게 하며, 기존 반도체(CMOS) 공정과의 통합이 용이하여 스마트폰, 웨어러블 기기, 자율주행 센서 등의 혁신적인 초소형화·저전력화·상용화를 이끌어낼 중요한 연구 분야입니다.

• D. Shin,+ Y. Lee,+ J. Kim, Y. Choi, W. Kim, "Compositionally tunable 2D PtSexTey alloys synthesized via thermally assisted conversion for mid-wave infrared photodetection", Adv. Electron. Mater. 2025, e00344 

• W. Sohn, H. Park, G.Y. Yoo, C. Lee, S. Park, W. Kim, “Visualization of UV by nanopatterned down-shifting materials mimicking human retinal cone cells” Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1905131 (Journal Back Cover)

•  K. Ku, J.F. Joung, H. Park, M-G. Kim, S. Park, W. Kim, “Fluorescent organic glass with unique optical and mechanical properties” Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1801394 (Journal Cover & Highlighted on Advanced Science News)

• S. Kim, J.H. Lee, J. Lee, S.W. Kim, M.H. Kim, S. Park, H. Chung, Y.I. Kim, W. Kim, “Synthesis of monoclinic potassium niobate nanowires that are stable at room temperature” J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6-9