친환경 에너지의 중요성이 지속적으로 부각되면서, 효율적인 에너지 저장 시스템의 수요가 급증하고 있음. 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도와 긴 수명 특성으로 인해 다양한 전자기기에서 활용되고 있는 대표적인 에너지 저장시스템임. 하지만, 특정 국가에 집중된 리튬 자원의 매장량으로 인해, 자원의 무기화 같은 문제가 발생할 수 있음. 이 문제를 해결하기 위해서는 리튬이온전지를 대체할 수 있는 차세대 에너지 저장 시스템의 개발이 필수적임.

소듐이온전지와 포타슘이온전지는 리튬에 비해 풍부한 매장량으로 인해 안정적이고 저렴한 공급 가격을 유지할 수 있기 때문에, 차세대 에너지 저장 시스템으로 주목받아 왔음. 그러나 소듐이온전지와 포타슘이온전지는 소듐과 포타슘의 높은 산화/환원 준위로 인한 낮은 에너지밀도와, 큰 이온반경으로 인해 발생하는 활물질의 높은 구조변화를 개선하기 위한 연구가 필수적으로 진행되야함.

본 연구에서는 산화/환원 비활성 금속 치환 전략을 통해 높은 전기화학적 특성을 갖는 소듐이온전지와 포타슘이온전지용 양극소재를 개발하는 연구를 진행했음. 산화/환원 비활성 금속 치환 구조를 형성하여, 구조적 안정성이 향상된 양극소재들은 충/방전 과정에서 더 많은 알칼리 이온을 삽입/탈리 시킬 수 있게 되었으며, 이로 인해 고에너지특성과 같은 높은 전기화학적 특성을 달성할 수 있었음. 또한, 다양한 고도분석과, X선 기반의 다양한 고도분석과 제1원리 계산을 활용하여 개발된 양극소재들 전기화학적 거동, 구조적 변화 및 에너지 저장 메커니즘 및 성능 향상 요인을 규명했음.