Research

Research Interests

The Laboratory of Energy Electrode Dynamics Science (LEEDS) focuses on elucidating the dynamic evolution of materials and the shifts in dynamic equilibrium states at the reaction interface during electrochemical processes. To achieve this, we develop and apply diverse advanced analytical techniques, including state-of-the-art in-situ/operando spectroscopy. Based on a deep understanding of analytical chemistry, we are pioneering the field of 'Active Interface Science'—proposing novel reaction control pathways and fundamental chemical mechanisms through the active modulation of interfaces. Through these efforts, we aim to provide innovative solutions for next-generation energy conversion and storage systems.

에너지 전극 동역학 연구실(LEEDS)은 전기화학 반응 중 발생하는 소재의 변화 과정과 반응 계면에서의 동적 평형 상태 변화 현상을 규명하는 연구에 주력하고 있습니다. 이를 위해 첨단 실시간(in-situ/operando) 분광 분석법을 비롯한 다양한 분석 기법을 개발하고 적용합니다. 우리는 이러한 분석화학적 깊은 이해를 바탕으로 계면을 능동적으로 제어하여 새로운 반응 제어 경로와 화학적 메커니즘을 제안하는 '능동 계면 과학 (Active Interface Science)' 분야를 개척해 나가고 있습니다. 이를 통해 차세대 에너지 변환 및 저장 시스템의 한계를 극복하는 혁신적인 솔루션을 제공하고자 합니다.

1. Pioneering 'Active Interface Science'

We move beyond observing passive reactions by pioneering 'Active Interface Science.' As shown in the schematic, we investigate how external physical stimuli—such as electrical perturbations (pulsed E-fields) and mechanical perturbations (cavitation/shockwaves)—can dynamically modulate electrochemical reaction pathways. By achieving comprehensive control over the reaction environment on a sub-microsecond timescale, we aim to actively shift the dynamic equilibrium at the interface and propose novel chemical mechanisms that remain inaccessible through conventional thermodynamic approaches.

능동 계면 과학 (Active Interface Science)의 개척

우리는 전기적 자극(비평형 전기장)이나 기계적 자극(초음파 및 충격파)과 같은 외부 물리적 자극이 전기화학 반응 경로를 어떻게 동적으로 변조할 수 있는지 탐구합니다. 마이크로초(sub-microsecond) 단위의 미세한 시간 영역에서 반응 환경을 종합적으로 제어함으로써, 계면에서의 동적 평형 상태를 능동적으로 변화시키고 기존의 열역학적 한계를 뛰어넘는 새로운 화학적 메커니즘을 제안하고자 합니다.

2. Advanced In-situ/Operando Spectroscopy

To capture the transient evolution of materials and reactions, LEEDS utilizes and continues to expand diverse in-situ/operando analytical platforms. As highlighted in our recent Joule (2024) publication, we actively leverage advanced synchrotron-based X-ray techniques (e.g., STXM and XAS) to visualize real-time chemical state transitions through extensive collaborative networks. Furthermore, as a core infrastructural goal, our laboratory is actively working to establish an independent multi-modal analysis system combining Operando Raman spectroscopy and Differential Electrochemical Mass Spectrometry (DEMS). By continuously expanding these analytical capabilities, we aim to track the dynamic evolution of catalyst surfaces and simultaneous product generation, ultimately establishing a direct correlation between material properties and electrochemical performance.

첨단 실시간(In-situ/Operando) 분광 분석법

반응 중 발생하는 소재와 화학 반응의 과도기적 변화를 포착하기 위해, LEEDS 연구실은 다양한 실시간 분석 플랫폼을 활용하고 그 영역을 확장해 나가고 있습니다. 최근 Joule (2024) 논문에서 입증했듯, 긴밀한 공동연구 네트워크를 바탕으로 방사광 가속기 기반의 첨단 X선 기법(STXM, XAS 등)을 활용하여 나노 스케일의 화학적 상태 변화를 시각화합니다. 나아가 우리 연구실은 핵심 연구 인프라 구축의 일환으로, 실시간 라만(Operando Raman) 분광법과 전기화학 질량분석법(DEMS)을 결합한 독자적인 다중 모드 분석 시스템의 도입을 장기적인 목표로 추진하고 있습니다. 이러한 분석 역량의 지속적인 확장을 통해 촉매 표면의 동적 변화와 생성물의 발생을 동시에 추적하고, 소재의 물성과 역동적인 전기화학 반응 사이의 메커니즘을 명확히 규명해 나갈 계획입니다.

3. Understanding Mechanisms in Next-Generation Energy Systems

We apply our fundamental analytical insights to solve critical challenges in energy conversion and storage. As illustrated below, our key focus areas include elucidating the dynamic reaction mechanisms of electrochemical CO₂ reduction, specifically tracking structural reconstructions and C-C coupling processes on catalysts. Furthermore, we investigate the "black box" of solid-solid interfaces in all-solid-state batteries (ASSBs). By developing operando gas analysis systems that use evolved gases as real-time interfacial "messengers," we effectively probe hidden chemo-mechanical degradation pathways and establish fundamental strategies to enhance battery lifespan.

차세대 에너지 변환 및 저장 시스템의 메커니즘 규명

계면 분석을 통해 얻은 근본적인 통찰력을 바탕으로 에너지 시스템의 핵심 난제를 해결합니다. 이산화탄소 환원 촉매의 동적인 구조 변화 및 C-C 결합 과정 등 이산화탄소(CO₂) 환원 반응의 메커니즘을 명확히 규명합니다. 또한, 전고체 전지(ASSBs)의 '블랙박스'로 불리는 고체-고체 계면 현상을 집중적으로 분석합니다. 반응 중 발생하는 가스를 계면의 실시간 '메신저'로 활용하는 자체적인 가스 분석(Operando Gas Analysis) 시스템을 통해, 숨겨진 화학적·기계적 열화 메커니즘을 추적하고 차세대 전지의 수명 저하 원인을 근본적으로 해결하고자 합니다.