송현곤 교수

리튬금속 음극은 높은 이론 용량을 갖지만 반응성이 커서 충방전 과정에서 수지상(Dendrite)이 성장하며, 고전압 조건에서는 활성산소가 발생해 셀 노화와 폭발 위험을 유발하는 문제가 핵심 과제로 남아 있습니다. 이를 해결하기 위해 에틸렌 카보네이트를 기반으로 한 고체상 리튬이온 호핑 메커니즘을 활용한 유기 얼음 전해질(Ice Electrolyte)을 개발했으며, 안트라센 구조를 도입해 활성산소를 포획하는 반고체 젤 전해질과 제자리 젤화(in situ gelation) 방식으로 빠른 이온이동을 구현한 고속 젤리 전해질을 함께 연구하고 있습니다. 이러한 전해질 소재는 차세대 리튬금속배터리뿐 아니라 달·화성 탐사와 같은 극저온 환경용 배터리, 고전압 전기차 배터리로의 적용을 목표로 합니다. 삼성미래기술육성사업의 지원을 받고 있으며 KAIST 서동화 교수 연구팀과 공동연구를 수행하고 있습니다. 유기 얼음 전해질 연구는 Advanced Materials(2026)에 게재되었고, 안트라센 기반 젤 전해질을 적용한 배터리는 수명이 2.8배 개선되었으며, 고속 젤리 전해질은 액체 전해질 대비 1.5배 빠른 이온 이동 속도를 확보했습니다.

기존 폴리올레핀 분리막은 고온에서 열 수축이 발생하고 기계적 강도가 약해 배터리 안전성을 저해하는 취약점을 지니고 있어, 이를 개선할 수 있는 새로운 분리막 소재 개발이 필요합니다. 이에 난연 무기 고체 전해질 층과 리튬염 고분자 층을 결합한 다층 고체 전해질 분리막을 설계했으며, 흑연을 박리해 전극과 분리막 사이의 밀착성을 높이는 그래핀 및 나노 복합 코팅 기술을 함께 적용했습니다. 이 기술은 고안전성 리튬이온전지와 난연 배터리 시스템, 차세대 복합 분리막 개발에 활용될 수 있습니다. 젤 전해질과 고체 전해질을 통합한 관련 연구는 Advanced Materials(2019)에 게재되어 338회 인용되었으며, 다층 분리막 구조에 대한 특허도 등록되어 기술의 실용성을 뒷받침하고 있습니다.

금속-공기전지와 연료전지의 산소환원반응(ORR)에는 주로 고가의 백금(Pt) 촉매가 사용되어 왔으며, 이를 대체할 저렴한 비금속·비백금 촉매를 개발하고 수소 생산 및 에너지 변환 효율을 높이는 것이 중요한 과제입니다. 이를 위해 이온성 액체로 표면을 변형한 그래핀-망간산화물 결합 구조의 비백금 전기촉매를 아연-공기전지에 적용했으며, FAD 생체 조효소를 활용한 그린 수소 생산 시스템과 생체 반응을 모방한 구아이아콜 기반 항산화 첨가제를 함께 연구하고 있습니다. 이러한 소재는 금속-공기 전지, 친환경 그린 수소 생산 및 저장, 연료전지차 분야에 적용될 수 있습니다. FAD 기반 시스템은 기존 대비 65% 낮은 전압으로 수소를 생산 및 저장할 수 있으며 수명이 8배인 100시간 이상으로 향상되었고, 관련 연구는 Applied Catalysis B(2025)에 게재되었습니다.