전기자동차 및 에너지 저장 시스템의 대용량 전원 공급 장치의 중요성으로 인해, 고에너지밀도 특성의 에너지 저장 장치에 대한 시장 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 그러나 현재 주류를 이루고 있는 삽입-탈리 기반 양극 소재는 에너지 밀도의 한계에 다다르고 있는 실정이다. 반면 전환형 양극 소재는 이에 비해 동일한 전이금속 몰 당 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있어 큰 가능성을 지니고 있다. 하지만 전환형 양극 소재는 저조한 전도성, 큰 부피 변화 및 낮은 작동 전압으로 인해 실사용에 큰 어려움을 겪고 있다.

본 학위논문에서는 전환형 양극 소재에 대하여 다중음이온 도입을 통한 작동 전압의 향상 및 카본 코팅과 나노 사이징을 통한 동역학 개선 방안을 제시하였다. 해당 전략을 바탕으로 리튬, 소듐 및 포타슘 이온전지용 고성능 전환형 양극소재를 개발하였으며, X-ray 기반 고도분석을 통한 전환 반응 메커니즘을 규명하였다. 이러한 발견을 통하여 알칼리 이온전지용 고성능 전환형 양극 소재 개발 전략의 적용 가능성을 제시하였다.