연세대학교 화공생명공학과

Source: https://chemeng.yonsei.ac.kr/ Parent: https://gosc.yonsei.ac.kr/gosc/academics/undergraduate.do

YONSEI UNIVERSITY

Department of Chemical and Biomolecular Engineering

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[연세대 이용민 교수팀, 대면적 제조가 가능한 전극 계면 안정화 리튬금속분말음극 기술 개발. Professor Yong Min Lee’s team at Yonsei Universi...

연세대 이용민 교수팀, 대면적 제조가 가능한 전극 계면 안정화 리튬금속분말음극 기술 개발연세대학교(총장 윤동섭) 화공생명공학과 이용민 교수, 김정훈 교수, 류두열 교수 연구팀은 리튬 금속 분말 음극에서 제기되어 온 집전체 계면 탈리 문제를 해결할 수 있는 고접착성·고전자전도성 계면 중간층 기술을 개발했다. 연구팀은 접착성과 전도성을 동시에 갖춘 복합 고분자를 자체 합성하여 리튬 금속 분말 코팅층과 집전체 사이에 도입해 구조적 안정성과 전기적 연결성을 동시에 확보하는 전략을 제시했다.리튬 금속은 높은 이론 용량과 낮은 전기화학적 환원 전위를 가져 차세대 이차전지의 핵심 음극 소재로 주목받고 있다. 그러나 박막 필름 형태의 리튬 금속은 압출·압연 공정 기반의 제조 방식으로 인해 초박막화와 대면적화를 동시에 달성하기 어렵다는 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 리튬 금속 분말을 이용한 슬러리 코팅 방식이 대안으로 제시되었으나, 코팅층과 집전체 사이의 낮은 접착력으로 인해 계면 탈리가 발생하고, 이는 음극 내 전기적 연결성 저하와 내부 저항 증가, 사이클 수명 감소로 이어지는 문제로 지적되어 왔다.연세대 연구팀은 리튬 금속 코팅층과 집전체 사이의 계면 탈리 문제를 해결하기 위해 새로운 고접착성·고전자전도성 고분자를 합성해 약 100 nm 두께의 계면 중간층으로 도입했다. 이 중간층은 집전체–코팅층 간 접착력을 크게 향상시켜 리튬 분말이 집전체에 안정적으로 고정되도록 하며, 탈리를 억제해 계면의 구조적 안정성을 확보했다. 또한 집전체–전해액의 접촉 면적을 줄여 리튬 금속 분말의 갈바닉 부식을 억제하는 효과도 확인했다.리튬 금속 분말 음극 제조 기술은 기존의 슬러리 기반 전극 제작 공정과 호환될 수 있어 산업 적용 측면에서 중요한 이점을 갖는다. 리튬 슬러리 코팅 공정과 중간층 고분자 코팅 공정은 모두 roll-to-roll 방식으로 구현될 수 있으며, 연구팀은 이를 통해 두께 20 μm, 폭 300 mm 규모의 리튬 금속 분말 전극을 제작해 대면적 제조 가능성을 실증했다. 전기화학 평가 결과, 계면 중간층을 적용한 전극은 리튬 탈리 과전압이 약 60% 감소하고 고속 방전 조건에서 충방전 150회까지 90% 이상의 용량을 유지하는 성능을 확인했다. 이는 집전체–코팅층 계면 탈리, 리튬 금속 분말의 전기화학적 비활성화 등 슬러리 기반으로 제작된 리튬 금속 음극이 직면해 온 해당 문제들을 완화한 것으로 평가된다.본 연구는 과학기술정보통신부, 산업통상자원부의 지원을 받아 수행되었으며, 강동윤(제 1저자), 정민석(공동 1저자), 김수환(공동 1저자)이 주도하였다. 연구 결과는 “A Tailored Adhesive-Conductive Interlayer for Interface Stabilization of Large-Scale Lithium Metal Powder Electrodes for High-Energy-Density Batteries”의 제목으로 세계적인 에너지 소재 분야 학술지 “Advanced Energy Materials (IF=26)”에 표지 논문으로 2025년 7월 22일 게재되었다 (https://doi.org/10.1002/aenm.202405780).A research team led by Professors Yong Min Lee, Jeonghun Kim, and Du Yeol Ryu in the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at Yonsei University developed a conductive–adhesive interlayer designed to address delamination at the current collector interface in lithium metal powder (LMP) anodes. A conductive–adhesive polymer (AC-polymer) was synthesized in the laboratory and introduced as an interlayer between the LMP coating and the current collector. This configuration improved interfacial contact and maintained continuous electronic pathways, which secured structural stability and reliable electrical connectivity.Lithium metal is regarded as a promising anode material for next-generation rechargeable batteries owing to its high theoretical capacity and low electrochemical reduction potential. However, lithium metal in thin-film form is limited by extrusion- and rolling-based fabrication, which restricts both ultrathin processing and large-area scalability. To address these limitations, slurry-coated lithium metal powder (LMP) electrodes have been explored. To address these limitations, insufficient adhesion between the coating layer and the current collector leads to interfacial delamination, which reduces electronic connectivity, increases internal resistance, and shortens cycle life.To mitigate delamination at the lithium metal coating layer–current collector interface, the Yonsei research team synthesized a novel AC-polymer and introduced it as an approximately 100 nm-thick interlayer. The interlayer improved interfacial adhesion, firmly anchoring the LMPs and mitigating detachment, which contributes to a stable interfacial architecture. The interlayer also reduced the effective contact area between the current collector and the electrolyte, which suppressed galvanic corrosion of LMPs.The LMP electrode fabrication technology is compatible with conventional slurry-based electrode manufacturing and is suitable for large-area processing. Both the LMP slurry coating and the polymer interlayer coating can be implemented through roll-to-roll processes. Using this approach, the Yonsei research team fabricated LMP electrodes with a thickness of 20 μm and a width of 300 mm, demonstrating large-area feasibility. Electrochemical evaluation showed that electrodes incorporating the interlayer displayed approximately 60% lower lithium stripping overpotential and retained more than 90% of their capacity for 150 cycles under high-rate discharge condition. These results mitigate interfacial delamination and electrochemical isolation of LMPs, which are the primary limitations of slurry-processed lithium metal anodes.This research was supported by the Ministry of Science and ICT and the Ministry of Trade, Industry and Energy. The work was led by Dongyoon Kang (first author), Minseok Jeong (co-first author), and Suhwan Kim (co-first author). The findings were published as a cover article in Advanced Energy Materials on July 22, 2025, under the title “A Tailored Adhesive-Conductive Interlayer for Interface Stabilization of Large-Scale Lithium Metal Powder Electrodes for High-Energy-Density Batteries” (https://doi.org/10.1002/aenm.202405780).Advanced Energy Materials (2025) (IF: 26.0)Published: July 22, 2025https://doi.org/10.1002/aenm.202405780](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=202&gbn=view&ix=2920)

[연세대 정윤석 교수팀, 마이크로웨이브 이용한 황화물계 고체전해질 재생 기술 개발. Professor Yoon Seok Jung’s team at Yonsei University ...

연세대학교 화공생명공학과 정윤석 교수 연구팀이 공기 노출로 성능이 저하된 황화물계 고체전해질을 단 10분 이내에 재생할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 기술은 마이크로웨이브를 이용해 고체전해질 표면에 형성된 수화층을 선택적으로 제거하는 방식으로 구현됐다. 이는 전고체전지 소재 활용에 새로운 가능성을 제시한 성과로, 세계적인 에너지 소재 분야 학술지 Advanced Energy Materials (IF 27.8)에 2025년 9월 10일 게재되었다.황화물계 고체전해질은 높은 이온전도도 뿐만 아니라 유기용매 기반 공정 적합성을 갖추어 전고체전지용 핵심 소재로 주목받고 있다. 하지만, 공기 중 수분과 반응해 분해되면서 표면에 수화층이 형성되고, 이로 인해 이온전도도 및 전기화학적 특성이 급격히 저하되는 한계를 가지고 있다. 이로 인해 황화물계 고체전해질은 드라이룸 등 수분이 철저히 제어된 환경에서만 취급되지만, 미량의 수분이 포함된 조건에서도 열화가 진행돼 대량 생산 및 산업 적용에 큰 제약으로 작용해 왔다.정 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 마이크로웨이브를 활용해 공기에 노출된 황화물계 고체전해질의 성능을 회복하는 기술을 개발했다. 마이크로웨이브는 고체전해질 표면의 수화층에 집중적으로 에너지를 전달해 수분과 부산물을 빠르게 제거하며 본래 성능을 단시간에 회복시킨다. 특히 용매 기반 공정을 거친 고체전해질에서는 기존 열처리 과정에서 잔존 유기물이 탄화되면서 전자전도성이 높아지고, 전고체전지에 적용 시 전기적 단락으로 이어지는 문제가 있었으나, 이번 기술은 탄화 반응을 효과적으로 제어함으로써 이러한 부작용을 방지했다.연구팀은 확산 반사 적외선 분광법(DRIFTS), X-선 광전자 분광법(XPS), 연질 X-선 흡수분광법(soft XAS), 저온 투과전자현미경(cryo-TEM) 등의 정밀 분석을 통해 고체전해질 표면의 수분 제거 과정과 화학적 변화를 관찰했다. 재생된 고체전해질은 초기 대비 약 98.3% 수준의 이온전도도를 회복했으며, 실제 전고체전지에 적용 시에도 안정적인 수명 특성을 보여 재생 기술의 실효성을 입증했다.정윤석 교수는 “황화물계 고체전해질은 차세대 전고체전지의 핵심 소재지만, 공기 중 수분에 취약하다는 특성 때문에 상용화 과정에서 여러 제약이 있었다”며, “이번 마이크로웨이브 기반 재생 기술은 단순히 손상된 전해질의 성능을 복구하는 것을 넘어, 대량 생산과 공정 효율화 측면에서 돌파구를 마련할 수 있다는 점에서 의미가 크다”고 강조했다.본 연구는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, 한국기술기획평가원의 지원을 받아 수행되었으며, 장보영 박사과정생과 송용배 박사가 공동 제1저자로 참여했다.Professor Yoon Seok Jung`s research team from Department of Chemical and Biomolecular Engineering at Yonsei University has developed a technology capable of regenerating the performance of air-exposed sulfide solid electrolytes within just 10 minutes. The technology is based on the selective removal of the hydration layer on sulfide solid electrolytes using microwaves, offering a breakthrough approach to enhance the practicality of materials for all-solid-state batteries. This work was published in Advanced Energy Materials (IF 27.8) on September 10, 2025.Sulfide solid electrolytes are considered key materials for all-solid-state batteries due to their high ionic conductivity and compatibility with solvent-based processes. However, they are extremely sensitive to moisture, which leads to the formation of surface hydration layers that significantly degrade their performance. Consequently, such materials are typically handled only in strictly controlled mositure conditions (e.g., in a dry room), posing challenges for large-scale production and industrial applications.To overcome these limitations, Professor Jung’s team developed a microwave-driven regeneration technique that allows the recovery of dry-air exposed sulfide solid electrolyte’s properties. Microwaves deliver energy preferentially to the hydration layer, removing moisture and byproducts to recover the electrolyte’s intrinsic properties in a short time. Unlike conventional heat treatments, which can cause carbonization of residual organics—leading to increased electronic conductivity and short circuits—the new technique effectively controls these reactions, preventing further degradation.Through advanced characterization methods, including diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), soft X-ray absorption spectroscopy (soft XAS), and cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM), the dehydration and surface chemistry of the regenerated electrolytes were analyzed. The practical effectiveness of the regeneration method was confirmed, as the regenerated electrolytes recovered up to 98.3% of their initial ionic conductivity and demonstrated stable electrochemical performance when applied to all-solid-state cells.Professor Jung commented, “Sulfide solid electrolytes are promising for high-performance all-solid-state batteries, but their extreme sensitivity to moisture in air has been a critical barrier to commercialization. This microwave-driven regeneration method not only restores degraded electrolytes but also provides a realistic pathway toward large-scale manufacturing and improved process efficiency.”This research was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF), the Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP), and the Korea Evaluation Institute of Industrial Technology (KEIT). Boyeong Jang and Dr. Yong Bae Song participated as co-first authors.Advanced Energy Materials (2025) (IF: 26.0)Published: September 10, 2025https://doi.org/10.1002/aenm.202502981](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=202&gbn=view&ix=2916)

[연세대 정윤석 교수팀, 고이온전도도와 고전압 안정성을 동시에 갖춘 불화물계 고체전해질 소재 개발로 5V 고전압 장벽 극복. Yonsei University Professor Yo...

연세대학교 화공생명공학과 정윤석 교수 연구팀은 동국대학교 남경완 교수, KAIST 서동화 교수 공동연구팀과 함께 5V 이상 고전압에서도 안정적으로 작동하는 전고체전지 설계 기술을 개발하고, 그 성능을 다양한 양극 시스템과 실제 배터리 셀 구조에서 입증했다.전기 에너지는 전하량과 전압의 곱으로 결정된다. 따라서 고용량 전극이나 고전압 양극을 적용하면 에너지 밀도를 높일 수 있으며, 두 요소를 동시에 구현하면 그 효과는 더욱 커진다. 그러나 5V 이상의 고전압 영역에서는 전해질이 불안정해 쉽게 분해되기 때문에, 대부분의 전지는 4V 부근에서만 안정적으로 작동해왔다. 이러한 한계는 전고체전지에서도 동일하게 적용되는 근본적 제약이었다.연구팀은 새로운 불화물계 고체전해질 LiCl–4Li₂TiF₆을 설계해 이 한계를 극복했다. 이 전해질은 상온에서 1.7 × 105 S/cm의 높은 이온전도도와 5V 이상의 우수한 산화 안정성을 동시에 확보했으며, LiNi0.5Mn1.5O4, LiCoMnO4, LiFe0.5Mn1.5O4 등 고전압 스피넬 양극의 계면 안정성을 크게 향상시켰다. 또한, 2.3V까지 확장된 저전압 구동 시스템을 통해 258 mAh/g의 높은 용량을 달성하고, 1.8 mm 두께(≈35 mAh/cm2) 의 고용량 전극을 적용한 파우치형 전고체전지에서도 안정적인 구동을 실현했다. 나아가, NCM 및 Li·Mn 과잉층상계 양극에서도 동일한 기술이 적용되어, 불화물계 보호층의 범용성과 실용성을 입증했다.특히, 고체전해질 표면에 형성된 리튬 삽입형 불화물 구조가 이온전도 향상과 계면 안정화의 핵심 요인으로 규명되었다. 방사광 X선 분석과 계산화학 시뮬레이션 결과, 이 불화물층은 전극–전해질 계면에서의 전기화학적 열화를 효과적으로 억제해, 전고체전지의 가장 큰 난제였던 계면 불안정성 문제를 근본적으로 해결한 것으로 나타났다.정 교수 연구팀은 앞서 2021년과 2023년에 Zr 기반 염화물계 고체전해질을 보고한 바 있으며, 이번 불화물계 조성은 그 연구를 확장해 저비용·고성능 전고체전지 기술로의 진화를 이뤄낸 성과로 평가된다.정윤석 교수는 “이번 성과는 5V 전고체전지 구현을 가능하게 한 새로운 설계 패러다임”이라며, “황화물계 전해질의 안전성 한계를 극복할 현실적 대안으로서도 의미가 크다”고 강조했다.이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연세대 손준표 박사과정생, 박주현 박사, 동국대 김해용 석사과정생, KAIST 김재승 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했다.연구 결과는 세계적 학술지 Nature Energy 10월 3일자 온라인판에 게재되었다.A research team led by Professor Yoon-Seok Jung from the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at Yonsei University, in collaboration with Professor Kyung-Wan Nam of Dongguk University and Professor Dong-Hwa Seo of KAIST, has developed a design strategy for all-solid-state batteries (ASSBs) that operate stably at voltages exceeding 5 V. This breakthrough provides a key foundation for realizing high-energy-density solid-state batteries and was published in Nature Energy on October 3, 2025 (online edition).The team designed a new fluoride-based solid electrolyte, LiCl–4Li2TiF6, which achieves both high ionic conductivity (1.7 × 10-5 S/cm) and excellent oxidative stability above 5 V. When applied to high-voltage spinel-type cathodes—including LiNi0.5Mn1.5O4, LiCoMnO4, and LiFe0.5Mn1.5O4 the electrolyte significantly enhanced interfacial stability. Furthermore, by extending the operating window down to 2.3 V, the researchers achieved a high specific capacity of 258 mAh/g, and demonstrated stable operation even in thick electrodes (1.8 mm, ≈ 35 mAh/cm2) and pouch-type spinel ASSBs. The same protective-layer concept was successfully applied to NCM and Li- and Mn-rich layered cathodes, confirming the versatility and compatibility of the fluoride-based electrolyte across diverse material systems.Using synchrotron X-ray analysis combined with computational chemistry, the team identified that a Li-inserted fluoride interfacial layer forms spontaneously on the electrolyte surface. This layer plays a pivotal role in enhancing ionic conduction while suppressing interfacial degradation, thereby resolving one of the most critical challenges in ASSBs—interfacial instability.Professor Jung’s group had previously reported Zr-based chloride solid electrolytes in 2021 and 2023, offering a low-cost alternative to rare-earth materials. The newly developed fluoride–chloride hybrid composition builds upon that foundation, advancing the technology toward cost-effective, high-performance solid-state batteries. Professor Jung remarked, “This achievement presents a new design paradigm enabling 5V-class all-solid-state batteries and offers a practical alternative to address the safety concerns of sulfide-based electrolytes.”Nature Energy (2025) (IF: 60.1)Published: October 3, 2025https://www.nature.com/articles/s41560-025-01865-y](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=202&gbn=view&ix=2900)

[연세대 조정호 교수팀, 다중 모드 물리·화학적 헬스 모니터링을 위한 전면 인쇄 칩리스 웨어러블 뉴로모픽 시스템 개발. Professor Jeong Ho Cho’s team at Y...

연세대학교(총장 윤동섭) 화공생명공학과 조정호 교수 연구팀과 미국 캘리포니아공과대학교(웨이 가오 교수) 공동 연구팀이 차세대 칩리스 웨어러블 뉴로모픽 시스템을 개발했다. 이번에 개발된 시스템은 인체 부착형 소형 기기에서 분자 바이오마커, 심박수, 중심체온과 같은 다중 생리·화학 신호를 동시에 감지하고, 외부 칩이나 인터넷 연결 없이도 자체적으로 데이터 처리와 진단 알고리즘 실행이 가능한 기술이다.기존 웨어러블 기기는 딱딱한 전자 부품 의존성, 데이터 보안 문제, 고전력 소모 등 한계를 가지고 있어 실시간·연속적 의료 모니터링에 제약이 컸다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 잉크젯 프린팅 기반 인공 시냅스와 노드 회로를 활용하여 모든 센서와 프로세서를 인쇄형 유연 기판 위에 구현하였다. 이로써 피부 밀착형 구조에서 저전력·실시간 신호 처리와 자율적 의료 판단이 가능해졌다.특히, 연구팀은 이 칩리스 뉴로모픽 시스템(CSPINS)을 활용하여 패혈증(sepsis) 조기 진단을 시연하였다. 심박수·체온·혈중 젖산 농도 데이터를 기반으로 한 간단한 하드웨어 신경망 알고리즘을 통해 건강인, 전신염증반응증후군(SIRS), 패혈증, 패혈 쇼크를 구분하는 데 성공했으며, 실제 환자 데이터를 바탕으로 84.4%의 높은 진단 정확도를 입증했다.연구팀은 “이번 연구는 웨어러블 바이오센서, 아날로그 프로세서, 하드웨어 신경망을 완전히 통합한 최초의 사례로, 실시간 의료 진단과 맞춤형 헬스케어를 위한 새로운 길을 열었다”며, “향후 당뇨병, 고혈압, 감염성 질환 등 다양한 만성 질환 모니터링에도 확장될 수 있을 것”이라고 설명했다.이번 연구는 미국국립과학재단(NSF)과 한국산업기술진흥원(KIAT)의 지원으로 웨이 가오 교수 연구팀의 최용석 박사후과정(공동 1저자), 펑 진 연구원(제1저자) 그리고 조정호 교수 연구팀의 이상현 연구원(제1저자)이 함께 진행했으며, 세계적인 과학 분야 권위지 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 7월 1일자(현지시간)로 게재됐다.Researchers from the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at Yonsei University (Professor Jeong Ho Cho) and the California Institute of Technology (Professor Wei Gao) have jointly developed a next-generation chip-less wearable neuromorphic system. The newly developed system enables simultaneous detection of multiple physiological and biochemical signals—such as molecular biomarkers, heart rate, and core body temperature—directly on the body. Remarkably, it can autonomously process data and execute diagnostic algorithms without requiring external chips or internet connectivity.Conventional wearable devices have long faced challenges due to their reliance on rigid electronic components, data security concerns, and high power consumption, all of which limit real-time and continuous medical monitoring. To overcome these limitations, the research team employed inkjet-printed artificial synapses and node circuits, integrating all sensors and processors onto flexible printed substrates. This innovation allows for skin-conformal operation with low power consumption, real-time signal processing, and autonomous medical decision-making.In particular, the team demonstrated early diagnosis of sepsis using this chip-less neuromorphic system (CSPINS). By applying a simple hardware neural network algorithm based on heart rate, body temperature, and blood lactate levels, they successfully distinguished between healthy individuals, systemic inflammatory response syndrome (SIRS), sepsis, and septic shock. Validation with real patient data showed a high diagnostic accuracy of 84.4%.Professor Cho emphasized, “This work represents the first fully integrated example of wearable biosensors, analog processors, and hardware neural networks, opening a new pathway for real-time medical diagnostics and personalized healthcare. We anticipate that this system can be further expanded for continuous monitoring of chronic diseases such as diabetes, hypertension, and infectious disorders.”This research was supported by the U.S. National Science Foundation (NSF) and the Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT). It was jointly conducted by Dr. Yongsuk Choi (co-first author) and researcher Peng Jin (first author) from Professor Gao’s team, together with researcher Sanghyun Lee (first author) from Professor Cho’s team. The findings were published in Nature Communications, a leading international scientific journal, on July 1 (local time).Nature Communications (2025) (IF: 15.7)Published: 01 July, 2025https://www.nature.com/articles/s41467-025-60854-7](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=202&gbn=view&ix=2885)

[연세대 김대우 교수팀, 원자층 증착 기법 기반 초정밀 유기용매 나노여과막 개발, 나노다공성 그래핀 분리막의 그래디언트 구조 제어 기술 제시. Professor Dae Woo Ki...

연세대학교 김대우 교수(화공생명공학과) 연구팀이 유기금속 전구체 기반 구조 제어 기술을 적용한 나노다공성 그래핀 분리막을 개발해, 유기용매 나노여과 공정에서 높은 투과도와 정밀한 분리 성능을 동시에 구현하는 데 성공했다.분리 공정은 제약, 정유, 석유화학, 반도체 등 다양한 산업에서 핵심 공정으로 활용되고 있으나, 현재 사용되는 증류 및 결정화 기반 공정은 에너지 소모가 크고 공정 비용이 높아 산업 전반의 부담 요인으로 작용하고 있다. 특히 유기용매 사용량이 급증함에 따라, 유기용매를 효율적으로 정제·재사용할 수 있는 저에너지 분리 기술의 필요성이 지속적으로 제기돼 왔다.이에 연구팀은 나노다공성 그래핀(multilayer nanoporous graphene)을 기반으로 한 유기용매 나노여과막(OSN)에 주목했다. 그래핀은 sp² 탄소 결합으로 이루어진 2차원 소재로, 화학적 안정성과 기계적 강도가 뛰어나 분리막 소재로 큰 잠재력을 지닌다. 그러나 기존 나노다공성 그래핀 분리막은 기공 형성 과정에서 비선택적 결함이 함께 생성되고, 유기용매 환경에서는 층간 구조가 과도하게 팽윤돼 분리 정밀도가 저하되는 한계가 있었다.연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 유기금속 전구체를 이용한 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정을 분리막 후처리 단계에 도입했다. 이 공정을 통해 그래핀 분리막 표면의 과도하게 큰 기공과 비선택적 결함을 정밀하게 봉인하는 동시에, 분리막 상부에서 하부로 이어지는 ‘그래디언트(gradient) 구조’의 알루미나 층을 형성하는 데 성공했다.특히 이번 연구에서 구현된 그래디언트 구조는 표면 기공 크기 미세화와 그래핀 층간 구조 보강이라는 두 가지 기능을 동시에 수행한다. 그 결과, 유기용매에 노출되었을 때 발생하는 층간 팽윤을 효과적으로 억제하면서도, 그래핀 고유의 빠른 용매 이동 특성은 유지할 수 있었다.실험 결과, ALD 처리를 적용한 나노다공성 그래핀 분리막은 에탄올 기준 136.5 LMH/bar의 높은 투과도를 유지하면서도, 분획 분자량(MWCO)을 640 Da 수준까지 정밀하게 제어하는 데 성공했다. 이는 기존 보고된 유기용매 나노여과막의 성능 한계를 넘어서는 수치로, 선택성과 투과도의 트레이드오프를 구조 설계를 통해 극복한 사례로 평가된다.또한 연구팀은 단일 물질 분리 실험을 넘어, 이성분 유기 혼합물 및 농도 변화 조건에서도 분리막의 거동을 체계적으로 분석했다. 그 결과, 낮은 농도 조건에서는 분획 분자량 이하의 분자도 선택적으로 차단되는 반면, 고농도 조건에서는 용질 간 상호작용에 의해 분리 거동이 달라지는 현상을 규명했다. 이는 실제 산업 공정 조건에서의 분리막 성능을 보다 현실적으로 이해하는 데 중요한 시사점을 제공한다.김대우 교수는 “이번 연구는 나노다공성 그래핀 분리막의 구조를 원자 수준에서 정밀하게 제어함으로써, 기존 분리막 기술의 한계를 구조 설계로 극복했다는 점에서 의미가 크다”며, “본 기술은 제약·정밀화학 공정의 용매 정제뿐 아니라, 반도체 산업에서의 고순도 유기용매 재사용 등 다양한 산업 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 밝혔다.이번 연구는 과학기술정보통신부의 개인기초연구사업 및 국제협력 네트워크 전략 강화 사업, 산업자원통상부의 산업기술거점센터육성시범사업 및 소재부품기술개발 사업의 지원으로 연세대학교 화공생명공학과 김대우 교수 연구팀의 강준혁 연구원(제1저자), 이화용 연구원(제1저자)을 포함한 공동 연구진에 의해 수행되었으며, 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 Advanced Functional Materials (IF=19.0)에 게재됐다.A research team led by Professor Dae Woo Kim of the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at Yonsei University has successfully developed a nanoporous graphene membrane incorporating an organometallic precursor–based structural control strategy, achieving both high solvent permeance and precise separation performance in organic solvent nanofiltration (OSN).Separation processes play a critical role across a wide range of industries, including pharmaceuticals, petroleum refining, petrochemicals, and semiconductors. However, conventional separation technologies, such as distillation and crystallization, are highly energy-intensive and costly, placing a significant burden on industrial operations. As the global use of organic solvents continues to rise, there is an increasing demand for low-energy separation technologies that enable efficient purification and reuse of organic solvents.To address this challenge, the research team focused on OSN membranes based on multilayer nanoporous graphene. Graphene, a two-dimensional material composed of sp²-bonded carbon atoms, offers exceptional chemical stability and mechanical strength, making it a promising membrane material. Nevertheless, conventional multilayer nanoporous graphene membranes suffer from inherent limitations: non-selective defects formed during pore generation and excessive interlayer swelling under organic solvent exposure, both of which degrade separation precision.To overcome these issues, the researchers introduced atomic layer deposition (ALD) using an organometallic precursor as a post-treatment process for the graphene membrane. This approach enabled precise sealing of oversized surface pores and non-selective defects, while simultaneously forming an alumina gradient architecture extending from the membrane surface into the interior layers.Notably, the engineered gradient structure serves a dual function: refining surface pore size and reinforcing the interlayer structure of graphene sheets. As a result, the membrane effectively suppresses solvent-induced interlayer swelling while preserving graphene’s intrinsically fast solvent transport pathways.Experimental results demonstrated that the ALD-treated nanoporous graphene membrane achieved a high ethanol permeance of 136.5 LMH/bar, while precisely controlling the molecular weight cut-off (MWCO) to approximately 640 Da. This performance exceeds the reported upper bounds of existing OSN membranes, representing a successful structural solution to the long-standing trade-off between permeance and selectivity.Beyond single-solute tests, the team systematically evaluated membrane behavior under binary organic mixtures and varying concentration conditions. At low solute concentrations, molecules smaller than the MWCO were selectively rejected, whereas at higher concentrations, separation behavior shifted due to solute–solute interactions. These findings provide important insights into membrane performance under realistic industrial operating conditions.Professor Kim stated, “This study demonstrates that the fundamental limitations of nanoporous graphene membranes can be overcome through atomic-scale structural control. The developed membrane technology has strong potential for application in solvent purification processes within the pharmaceutical and fine chemical industries, as well as in the recycling of high-purity organic solvents used in semiconductor manufacturing.”This work was supported by the National Research Foundation of Korea grant and the Strategic Networking & Development Program funded by the Ministry of Science and ICT. This work was also supported by the Industrial Strategic Technology Development Program and the Technology Innovation Program funded by the Ministry of Trade, Industry & Energy.The study was conducted by a collaborative research team led by Professor Dae Woo Kim and including Junhyeok Kang and Hwayong Lee (co-first authors), and the results were published in the internationally renowned materials science journal Advanced Functional Materials (Impact Factor: 19.0).Advanced Functional Materials (2025) (IF: 19.0)First Published: November 22, 2025https://doi.org/10.1002/adfm.202526926](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=202&gbn=view&ix=2921)

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[연세대 정윤석 교수팀, 고이온전도도와 고전압 안정성을 동시에 갖춘 불화물계 고체전해질 소재 개발로 5V 고전압 장벽 극복. Yonsei University Professor Yo...

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News

[이상영 교수, ‘미국전기화학회 배터리 기술상’ 수상

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2025.11.15](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=205&gbn=view&ix=2903)

[김대우 교수, 국내 최초 ‘기관유치형 Brainpool 해외인재 유치 과제’ 수주

2025.09.01](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=205&gbn=view&ix=2870)

[박채원 박사 Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Postdoctoral Fellowship 선정

2025.02.13](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=205&gbn=view&ix=2763)

[김대우 교수, 「에코프로 젊은과학자상」 수상

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Notice

[[대학원] 2026년도 1학기 학위논문 연구계획서 제출 및 논문심사일정 안내(상세일정, 양식 붙임파일 확인)...

2026년도 1학기 학위논문 연구계획서 제출 및 논문심사일정 안내(상세일정, 양식 붙임파일 확인)대학원 학칙 제7장(학위논문) 및 학위논문에 관한 내규에 따라 연구계획서를 작성하여 주시고, 학위논문 체제검사를 지도교수에게 받은 후에 예비심사 및 본심사에 임하시기를 바랍니다.*오기재 및 제출 자료 미비시 학위논문 심사를 진행할 수 없습니다.*각 신청 기간 이후 추가 신청 불가 합니다.■학위논문 제출 및 심사일정■-학과 교수님 우편함 위치:제1공학관S606호 내부-학위논문 연구 계획서●졸업 심사 유형:학위논문●세부 전공:미지정단,차세대 엔지니어링산업 전문인력양성 수혜 및 이수조건을 득한 경우‘화공엔지니어링 트랙’선택●완료 예정일(석사,통합(중단)): 2026. 5. 31.●완료 예정일(박사,통합): 2027. 5. 31.●완료 예정일 오기재:학과 일괄 수정-학위 논문 예비심사,본심사 장소 예약● 신청 양식: 붙임● 제4공학관 D301호 공과대학 행정2팀 방문예약●신청 기간:~2026년3월13일(금),오전9시30분까지●일정 등록:구글 시트 등록 https://docs.google.com/spreadsheets/d/1JYR2ukXRoA99rEuzBX4yR49K8o_LfOkrNU1c2uDi8aE/edit?usp=sharing-외부 심사위원 공문 요청(필수 항목 기록 누락시 미접수)●신청 기간:~2026년3월13일(금),오전9시30분까지●신청 방법:구글 시트 등록 https://docs.google.com/spreadsheets/d/1JYR2ukXRoA99rEuzBX4yR49K8o_LfOkrNU1c2uDi8aE/edit?usp=sharing● 외부 심사위원 공문: 2026년 3월 17일(화),오후5시 이후 구글 드라이브 확인 https://drive.google.com/drive/folders/19SILwP60KvBfJmoSfxehcwzvAioL6SmS?usp=sharing-학위 논문 예비심사,본심사 비대면 신청●신청 기간:~2026년3월13일(금),오전9시30분까지●신청 방법: 학과 이메일 문의시 양식 송부-학위 논문 예비심사,본심사●준비 자료:발표 자료PPT파일,발표 자료 출력분 석사3부/박사ㆍ통합5부,이력서,이력서 증빙 자료,포인터●발표 방법:졸업논문 발표 및 질의 응답-학위논문 예비심사,본심사 결과 보고●결과 보고서 학과 사무실 미수령,미제출●예비심사:지도 교수 연세포탈 결과 입력●본심사:심사위원 전원 개별 연세포탈 결과 입력●본심사(예심 후 연기): 26-1예비심사 합격한 박사ㆍ통합 과정 지도교수 연세포탈“예심 후 연기”입력-학위 논문본심사 증빙 제출●연세포탈 (파일명-본심사 증빙_과정_학번_성명, PDF 1개 파일)증빙자료 미제출시 졸업 불가1. 학위논문 표절검사 결과 확인서 및 증빙자료●구글 시트 실적 미기록시 졸업 불가 1. 학위논문실적 기록https://docs.google.com/spreadsheets/d/1JYR2ukXRoA99rEuzBX4yR49K8o_LfOkrNU1c2uDi8aE/edit?usp=sharing●구글 드라이브 (파일명-본심사 증빙_과정_학번_성명, PDF 1개 파일)증빙자료 미제출시 졸업 불가1. 본심사 논문 요건 충족 확인서 및 논문 표지2. 본심사 수정/보완사항 보고3. 학위논문 표절검사 결과 확인서 및 증빙자료https://drive.google.com/drive/folders/19SILwP60KvBfJmoSfxehcwzvAioL6SmS?usp=sharing-연세대학교 일반 대학원 학위논문 작성법(체제)●https://graduate.yonsei.ac.kr/graduate/academic/paper06.do

2026.02.13](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=209&gbn=view&ix=2947)

[[학부] 화공종합설계, 공업유기화학(1), 공업유기화학(2), 화공생명공학과 졸업논문연구 신청 안내...

해당 내용은 수강편람 유의사항에서도 확인 가능합니다.DAA3870공업유기화학(1)DAA3610「유기단위반응」을 이미 수강한 학생이DAA3870「공업유기화학(1)」을 수강할 경우,재수강으로 처리됩니다.DAA3880공업유기화학(2)DAA3240「공업유기화학」을 이미 수강한 학생이DAA3880「공업유기화학(2)」을 수강할 경우,재수강으로 처리됩니다.DAA4370화공종합설계DAA4350「화공종합설계(2)」를 아직 수강하지 않은 학생은DAA4370「화공종합설계」과목을 수강하시면 됩니다.(DAA4350화공종합설계(2)의 대체 과목,1학기에만 개설)화공생명공학과 졸업논문연구문의 및 서류 제출(2026-1학기)전지훈 조교님jihun0315@gmail.com- 3학점 전공선택으로 인정됨- 3학년2학기부터 수강 가능하며,배정 교수 허가 하에 신청 가능-실험지도교수 상담(학생이 직접 컨택 및 승인받은 후, 조교님께 연락)→연구 계획서 제출→연구 수행→결과 보고서 제출

2026.01.16](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=209&gbn=view&ix=2934)

[[학부/대학원] 2025학년도 동계 금요일 학과 사무실 운영 시간 안내

해당 기간 중 학과 사무실의 금요일 운영 시간이 다음과 같이 변경됩니다.문의 또는 방문 시 착오 없으시기를 바랍니다.시행기간: ~ 2026. 2. 27.(금)까지, 총 4개월운영시간: 9:00~16:00

2025.11.21](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=209&gbn=view&ix=2909)

[[학부/대학원] 학과 사무실에 문의 전 담당자 확인 바랍니다.

@abeek2750 계정은 2025. 9. 19.(금) 이후 정보운영팀에서 삭제 예정입니다.

2025.09.09](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=209&gbn=view&ix=2880)

Seminar

[[Seminar] 해외석학 초청 세미나(26. 1. 13.(화), 16:00, GS101)

2026.01.07](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=203&gbn=view&ix=2928) - [[Seminar] 해외석학 초청 세미나(25. 11. 4.(화), 10:00, GS101)

2025.09.11](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=203&gbn=view&ix=2881) - [[Seminar] 해외석학 초청 세미나(25. 8. 13.(수), 16:30~17:30, D508)

2025.08.05](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=203&gbn=view&ix=2830) - [[Seminar] 해외석학 초청 세미나(25. 7. 1.(화), 14:00, GS101)

2025.06.25](https://chemeng.yonsei.ac.kr/?c=203&gbn=view&ix=2817)

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