Research

AMBER Lab (Analysis & Materials for Battery and Energy Research Lab.) aims to contribute to the electrification of fossil fuel-dependent systems and address climate challenges through research on electrochemical energy storage and conversion devices. We investigate key mechanisms in materials and devices using operando, non-destructive analysis with synchrotron-based characterization and advanced computational modeling. Based on these insights, we aim to develop high-performance materials with enhanced safety, long cycle life, high energy density, and high efficiency. Our research also extends to the end-of-life stage of lithium-ion batteries, including recycling covering the full life cycle of battery technologies. AMBER Lab integrates interdisciplinary approaches that include electrochemistry, mechanical and chemical engineering, and computational modeling. Through collaborative research with domestic and international experts across multiple fields, we pursue innovative and impactful research beyond conventional boundaries.

AMBER Lab (Analysis & Materials for Battery and Energy Research Lab.)은  전기화학 저장 및 변환 장치 연구를 통해 내연기관의 전동화를 이끌어 지구 온난화등 기후 문제를 해결하고자 합니다. 입자 가속기 등을 활용한 실시간 비파괴 분석과 컴퓨터 모델링 등을 활용하여 소재 및 에너지 저장/변환 장치에서 발생하는 다양한 메커니즘을 규명하고 이를 기반으로 고안정성, 장수명, 고에너지밀도, 고효율 소재를 개발하는것을 목표로 합니다. 이와 더불어 사용 후 이차전지의 재활용까지 이차전지의 전 주기를 다루는 연구를 수행합니다. 전기화학 뿐 아니라 기계, 화학 공학, 컴퓨터 모델링 등 다양한 분야의 지식을 접목한 융복합 연구를 토대로 틀을 뛰어넘는 연구를 수행하며 국내/외 다양한 분야 전문가들과의 공동 연구를 통해 폭넓고 깊이 있는 연구를 수행합니다.

Understanding Mechano-Electrochemical Behaviors in Solid-State Batteries

Solid-state batteries (SSBs) promise higher energy density and enhanced safety by eliminating flammable liquid electrolytes. However, the absence of mobile liquid phases necessitates densely packed solid components, which intensifies the mechanical constraints within the cell. During electrochemical reactions, active materials undergo significant volume and morphological changes, generating internal stress. These stresses are often more severe than in conventional lithium-ion batteries and can lead to mechanical degradation of the cell. The extent and nature of this degradation strongly depend on the microstructure and mechanical properties of the materials. Our research focuses on elucidating the coupled mechano-electrochemical mechanisms in SSBs and developing strategies to enhance their stability, longevity, and electrochemical performance. 

전고체전지의  기계-전기화학적 거동 연구

전고체전지는 높은 에너지밀도와 안정성을 구현할 수 있는 장점이 있지만, 이동하여 전하를 전달할 수 있는 액체 전해질이 없기 때문에 모든 소재들이 고밀도로 압착된 상태로 존재합니다. 따라서 전기화학 반응과 이에 수반되는 부피 및 형상 변화에 따른 응력이 리튬 이온전지 대비 높게 발생하고 소재의 구조 및 기계적 물성에 따라서 전지의 기계적 열화 현상이 크게 영향을 받습니다. 전고체전지의 구조 및 물성에 따른 기계-전기화학적 반응의 메커니즘을 규명하고 전고체전지의 안정성과 성능을 개선하기위한 전략을 탐구합니다.

Operando Science

In solid-state batteries (SSBs), all components are tightly compacted, making it extremely difficult to observe internal structural and property changes beyond the outermost surface. Conventional analytical techniques like ion beam milling are used to expose cross-sections. However, these methods are inherently destructive, incompatible with operando measurements, and limited to localized regions. To overcome these limitations, we utilize synchrotron-based X-ray techniques that enable non-destructive, real-time analysis of dynamics in SSBs. This approach allows us to investigate electrochemical and mechano-chemical processes within SSBs without destructive methods. By leveraging operando synchrotron imaging and spectroscopy, we aim to uncover the underlying reaction mechanisms and develop high-performance, reliable SSB materials and architectures. We also utilize synchrotron-based characterization on battery materials cycling and other electrochemical systems.

가속기 기반의 비파괴 실시간 분석

전고체전지는 모든 구성 요소들이 고밀도로 압착되어있기 때문에 최 외곽 표면을 제외한 구성 요소들의 구조나 물성 변화를 관측하는것이 매우 어렵습니다. Ion beam 등을 활용한 단면 가공이 분석을 위해서 필수적이지만, 이 과정은 전지 구동중에 사용될 수 없으며 분석 영역이 수십 마이크로미터 수준으로 제한된다는 한계점이 있습니다. 따라서 기존의 분석 방법들은 전고체전지 구동중의 반응 메커니즘을 규명하는데 적합하지 않습니다. 입자가속기를 활용한 분석을 활용하면 강력한 빔 에너지 덕분에 전지를 구동하면서 단면가공 없이 전지 내부의 물성을 실시간 비파괴 방식으로 분석할 수 있습니다. 이를 활용해 전고체전지의 반응 메커니즘을 실시간으로 분석하고 고성능, 고안정성 소재 개발 전략을 탐구합니다. 전고체전지 연구에만 국한되지 않고 배터리 소재 재활용 등 폭넓은 연구분야에 가속기 기반의 실시간 분석을 활용합니다.

Advanced Materials for Next-Generation Energy Storage

Based on fundamental insights gained from operando experiments and advanced characterization, we develop high-performance materials for next-generation energy storage systems. In solid-state batteries (SSBs), it is critical to consider not only electrochemical properties but also mechanical integrity. We focus on designing composite materials with tailored multi-scale architectures to simultaneously address both electrochemical and mechanical requirements. To understand the behavior of these advanced materials under operating conditions, we integrate synchrotron-based real-time analysis with computational modeling. This combined approach allows us to elucidate reaction mechanisms and degradation pathways. Through this research, we aim to overcome current limitations and establish fundamental technologies that enable the practical realization of solid-state batteries.

차세대 전지용 고성능 소재 개발

다양한 분석 및 실험을 통해서 얻은 인사이트를 기반으로 기존의 한계를 극복할 수 있는 차세대 전지용 고성능 소재를 개발합니다. 전고체전지에서는 전기화학적 물성 뿐 아니라 기계적 물성 또한 고려한 복합 소재 개발이 필수적입니다. 나노미터 부터 마이크로미터 수준까지 다양한 스케일의 미세 구조를 가진 복합 소재를 개발하고 가속기 기반의 실시간 분석 및 컴퓨터 모델링을 활용하여 신소재의 반응 메커니즘을 규명합니다. 이를 통해 실질적으로 겪고있는 현 기술의 문제점을 해결하고 차세대 전지 분야의 원천기술을 확보합니다.