Fundamental understanding of atomic structures applying modern TEM characterizations
Search and design of innovative Ionic Materials for Rechargeable batteries, Semiconductor(oxide) Electronics, Fuel cells.
본 그룹은 주로 산화물 기반의 고체내에서 발생하는 이온 수송에 기반한 현상과 응용을 연구하며 이를 토대로 미래 세대에 필요로 하는 새로운 기술에 도전합니다 (Solid state-ionics, Ionic transport, Electrochemicstry, Electronics etc. in oxides mostly). 최근 각광받고 있는 이차 전지 (Li-rechargeable battery), 새로운 형태의 차세대 반도체 (Emerging Electronics), 그리고 연료 전지는 (Fuel Cell) 깊숙이 들여다 보면 결국 그 근원을 전하 (전자/이온) 수송과 동반하는 전기화학 또는 전기적 반응과 물성 변화로 이해할 수 있습니다. 따라서 이온 공학에 대한 깊은 이해를 통해 최근 각광받고 있는 다양한 응용 시스템에 접근할 수 있고 새로운 물질과 설계를 제안할 수 있습니다.
이를 잘 응용하기 위해, 일차적으로 시스템의 성능 및 수송 특성 측정과 원자 구조 분석을 (특히 투과전자현미경을 심도있게 활용하여) 결합하여 깊이있는 물성과 구조의 상관관계를 확립합니다. 나아가 이에 대한 깊은 이해를 바탕으로 보다 나은 성능을 이끌어 낼 수 있는 다양한 소재와 물질 구조를 제안하고 설계를 합성 응용합니다. 궁극적으로 인류의 삶에 기여할 수 있는 소재 소자를 만들어 나가고자 합니다.
그룹은 한국과학기술연구원 (Korea Institute of Science and Technology, KIST) 에 소재하며 센터내의 구성원들과 팀을 이루어 협업하고 다양한 연구를 실현해 나가고 있습니다 (참조, https://ssems.kist.re.kr:54203/index.php).
(i) 투과전자현미경 (TEM) 을 활용한 다양한 소재/소자의 (실시간) 원자 구조 분석과
(ii) 확립된 소재 구조와 물성의 상관관계를 응용하여 새로운 소재/소자로 응용
Details
Our laboratory is dedicated to advancing innovative Ionic technologies with a specific focus on two key areas: (A) Energy Materials and (B) Electronics. Our approach begins by establishing a comprehensive understanding of the intricate relationship between material properties and structures. This is achieved through a combination of electrochemical performance analysis and atomic-level characterization, harnessing the formidable analytical capabilities of a Transmission Electron Microscope (TEM). This foundational knowledge enables us to enhance material design significantly. From these in-depth insights, we can formulate pioneering design principles for Ionic materials and, subsequently, create innovative systems for Energy and Electronics applications.
(Project A) Given the increasingly critical nature of energy-related challenges, every step of the energy consumption cycle gains heightened significance, encompassing generation, storage, and utilization. Hydrogen gas presents itself as an ideal candidate for a zero-carbon emissions energy cycle. To realize this potential, we are actively working towards energy generation through hydrogen gas and oxygen reactions via (A1) Fuel Cells. Furthermore, there is a substantial demand for energy storage solutions that offer higher energy density and enhanced safety. In response, we are engaged in the development of (A2) rechargeable batteries, which are poised to meet market demands.
(Project B) The field of Electronics is currently undergoing a revolutionary phase, primarily attributed to two key factors: (i) the remarkable success of Artificial Intelligence and (ii) the sustained adherence to Moore's Law over the past half-century. These trends have created a pressing need for new electronic technologies that empower Artificial Intelligence (AI). We believe that harnessing the unique properties of oxide materials holds great promise in meeting these evolving requirements, thereby accelerating the pace of innovation within the electronics industry. Our research leverages various oxide materials and design concepts, all grounded in the fundamental understanding derived from our robust analytical capabilities.
In our pursuit of these objectives, we maintain close collaborative ties with the Center for Energy Materials Research (https://ssems.kist.re.kr:54203/index.php), actively engaging in a wide array of research endeavors.
Solid Ionic conductor
Novel cathodes
자동차 산업의 전기차로의 변혁은 그 어느 때 보다도 뜨겁습니다. 더 먼 거리를 가면서 안정성 높은 전기차를 위해 높은 에너지 밀도(용량) 와 안정성을 보이는 이차 전지를 연구합니다.
To Improve energy density (capacity) of rechargeable battery with higher stability, we study novel cathodes and solid conductor.
Novel oxide electronics
최근의 눈부신 인공지능의 발전을 견인하기 위해서는 이를 뒷 받침하는 새로운 (하드웨어) 소재와 소자가 제안되어야 합니다. 산화물 소재를 새롭게 적용하여 인공지능형 차세대 소자를 제안합니다.
To empower the spectacular advance of Artificial Intelligence, we propose a novel design of oxide materials and devices.
Thin-film Ionic conductor for SOFC (PCFC)
Thin film Anode for SOFC (PCFC)
최근에 이차 전지가 일반인의 삶을 급격하게 변화시키는 것 처럼 곧 수소 생산/발전의 시대도 다가올 것입니다. 이러한 시대를 열기 위한 방안으로 산화물 박막을 이용한 고효율 연료전지를 만들어 갑니다.
To realize hydrogen power generation era, thin film oxide for high efficiency fuel cells are investigated.
Applying (In-situ) Transmission Electron Microscope (TEM), we visualize arrangement of atoms in Ionic materials and estimate their effects on the electronic/electrochemical performances, which establishes practical design rules to construct an innovative system.
Particularly, we found various in-situ TEM techniques such as biasing, heating, and gas flowing as a platform to explore atomic worlds and their dynamics while operating the systems. Understanding dynamics in atomic scale will be a fascinating thing that enlighten human insight deeper and opens a new road to go.