우리 연구실이 2025년 해외우수과학자유치사업(Brain Pool)에 선정되어, Arkansas State University 기계공학과 석일우 교수님이 2025년 12월부터 2026년 11월까지 연구실에 합류하시게 되었습니다.

석 교수님은 세계적으로 인정받는 나노패터닝 및 재료공학 분야의 전문가로, 이번 Brain Pool 사업을 통해 “이차전지 전극 계면의 나노패턴화 및 구조–성능 상관성 규명”을 주제로 공동 연구를 수행하게 됩니다.

우리 연구실은 이번 협력을 통해 차세대 이차전지 전극 소재 연구의 새로운 전환점을 마련할 수 있을 것으로 기대하며, 석 교수님의 합류를 진심으로 환영합니다.

우리 연구실에서 2021년부터 박사후연구원으로 연구에 참여해온 모히테 산토시 박사가 2025년 2학기부터 건국대학교 에너지신소재공학과 연구전임교원(조교수)으로 임용되었습니다.

모히테 박사는 에너지신소재 분야에서 우수한 연구 성과를 냈으며 학문적 역량과 헌신을 인정받아 이번에 연구전임교원으로 임용되는 결실을 맺게 되었습니다. 이는 우리 연구실의 연구 성과와 국제적 협력의 의미 있는 성과이기도 합니다.

새로운 출발을 진심으로 축하드리며, 앞으로 건국대학교 에너지신소재공학과에서 더욱 큰 학문적 성취와 발전을 이루시기를 기원합니다.

건국대학교 글로컬캠퍼스 에너지신소재공학과의 김연호 교수가 교신저자로 참여한 공동 연구팀은 아연이온 배터리에 관한 연구 결과를 에너지 소재 분야 최고 권위지인 Carbon Energy (IF: 19.5, JCR: 3.8%)에 발표했다.

  (논문명: Self-supported VO2 on polydopamine-derived pyroprotein-based fibers for ultrastable and flexible aqueous zinc-ion batteries, 제1저자: 김신익 석사후연구원, 공동저자: Santosh Mohite 박사후연구원, 공동저자: 배지영 석사과정 연구원, 교신저자: 김연호 교수)

  현재 널리 사용되는 리튬 이온 배터리는 유기계 전해질을 사용하는데, 이 유기계 전해질은 가연성 소재이기 때문에 화재 발생 시 진압이 어렵다는 문제가 있다. 반면, 수계 전해질을 사용하는 아연이온 배터리(zinc-ion batteries, ZIBs)는 사고 발생 시 발화 위험이 없고 안전한 구동이 가능해 많은 관심을 받고 있다.

  아연 이온 배터리의 집전체로는 일반적으로 티타늄 호일이 사용되는데, 이는 비용이 많이 들고 유연성이 낮다는 단점이 있다. 또한 전극 재료와 집전체 사이의 강한 접착을 위해 바인더를 사용하는데, 이에 따라 배터리 용량 및 효율이 감소할 수 있는 문제가 발생한다. 

  이에 김연호 교수 연구팀은 바인더를 사용하지 않는 집전체 일체형 전극을 설계하여 높은 에너지 밀도와 장수명 특성이 보장되는 아연이온 배터리를 구현하였다. 이산화바나듐은 높은 용량을 지니지만, 집전체와의 낮은 접착력으로 인해 전해질에 용해되어 수명 안정성이 떨어지는 경향이 있다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 이산화바나듐의 용해를 막아줄 수 있는 기능기가 도입된 집전체 일체형 전극을 제작하였다. 

  개발된 집전체 일체형 이산화바나듐 복합전극을 적용한 배터리는 뛰어난 유연성과 안정적인 전기화학적 성능을 보였으며, 휴대용 및 웨어러블 기기에도 적용이 가능할 것으로 예상된다. 

  해당 연구 결과는 ‘Carbon Energy’ 저널 2024년 7월호의 표지 논문으로 선정되었다. 

［충북일보］ 건국대학교 글로컬캠퍼스 에너지신소재공학과 김연호 교수 연구팀이 최근 응용할 수 있는 분야가 넓고 성능이 우수한 전자 섬유를 간단히 제작할 수 있는 기술과 관련된 연구 결과를 복합체 분야 최고 권위지인 Advanced Composites and Hybrid Materials에 발표했다.

연구팀은 도파민 용액에 상업용 실크를 넣고 도파민을 고분자화 시킨 후, 열처리 과정을 진행하면 실크를 구성하는 가닥들이 얇은 층으로 갈라지며 정렬된 탄소구조로 변환되는 기술을 개발했다.

또 이를 전자 섬유로 활용할 수 있음을 확인했다.

제작된 전자 섬유는 탄소가 규칙적으로 정렬된 구조를 가지며 우수한 전기적 특성을 보였다.

아울러 열처리 후 유연성을 잃는 기존의 섬유와 달리 유연성을 유지할 수 있도록 고분자와의 복합화를 통해 1천300℃ 이상의 고온에서 열처리했음에도 우수한 유연성을 유지할 수 있다.

특히 고분자 코팅층으로 사용된 폴리도파민의 접착성과 기능성을 활용해 자성을 가지는 섬유, 반도체 섬유, 유연한 열전소자 등 다양한 분야에 대한 응용 가능성을 보였다.

이 연구는 인천대 물리학과 김병훈, 김정우 교수와의 공동연구를 통해 이뤄졌다. 

건국대학교 글로컬캠퍼스(부총장 문상호) 과학기술대학 응용화학과의 김연호 교수 연구팀은 그린 수소 생산이 가능한 신규 광촉매 소재 기술과 관련된 연구 결과를 나노분야 저명 국제저명학술지인 ‘Small (IF: 13.3, JCR: 6.4%)’에 발표하였다.

[논문명: Defects Healing of the ZnO Surface by Filling with Au Atom Catalysts for Efficient Photocatalytic H2 Production, 제1저자: Santosh Mohite 박사, 교신저자: 김연호 교수]

김연호 교수 연구팀은 그린 수소 생산의 핵심소재인 광촉매의 특성 향상을 위해 산화 아연 (ZnO)에 산소 결함을 만들어내고, 금 입자를 원자 단위로 채우는 방식을 통해 촉매 특성을 크게 향상시켰다. 또한 연구팀은 산화아연-금 접하구조체 내에서 일어나는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR) 현상에서 비롯된 효율적인 전하이동으로 인해 광촉매 크게 향상된다는 사실을 발견하였다. 이를 통해 광흡수 영역대를 넓혀 가시광선-자외선에서 모두 광촉매 반응을 일으킬 수 있도록 유도하였다.  

리튬이온 배터리는 이미 소형 가전, IT 기기부터 전기차까지 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 현재는 더 빨리 충전되고 더 오래가며, 무게가 가볍고 높은 출력 밀도를 갖는 차세대 배터리의 수요가 급증하고 있다.

미래 에너지 소재는 향상된 특성 뿐만 아니라 친환경적인 요인도 함께 고려되어야 하므로, 이를 만족하는 이차전지 소재의 연구 및 개발이 요구되고 있다.

산화철은 지구에 풍부하게 존재하며, 독성이 적고 화학적으로도 매우 안정된 물질이기 때문에 리튬이온 배터리 소재로 다양한 연구가 진행돼왔다.

산화철을 비롯한 전이금속산화물은 충·방전에서 많은 개수의 리튬이온을 이용할 수 있어서 기존 흑연 소재보다 3배에서 4배 정도 큰 용량을 갖는 장점이 있다.

이러한 장점에도 불구하고 낮은 리튬 이동도, 큰 부피 변화, 낮은 초기 쿨롱 효율 등의 단점 때문에 실제 개발은 매우 제한적이다.

한국표준과학연구원(KRISS) 소재융합측정연구소 EM나노메트롤로지팀과 건국대학교 김연호 교수 연구팀은 리튬이온 배터리의 초기 쿨롱 효율과 용량을 획기적으로 향상한 산화철 나노구조체를 개발했다. 쿨롱 효율은 최근에 충전을 완료한 용량이 바로 그 전에 충전을 완료한 용량과 대비해 차지하는 비율을 말한다.

KRISS에 따르면, 이번에 개발된 소재는 내부의 기공이 일렬로 정렬돼 나노 터널 모양인 것이 특징이다. 초기 쿨롱 효율은 약 85.4%에 이르며 이는 지금까지 발표된 산화철 중에서 가장 높다.

KRISS와 건국대학교 공동연구팀은 기존 산화철 리튬이온 배터리의 단점인 낮은 쿨롱 효율을 극복할 방법을 개발하는 데 성공했다.