차세대 이차전지 상용화 가능성 높여…국제학술지 'ACS 나노' 게재
리튬이온전지를 대체할 차세대 이차전지로 주목받는 마그네슘 전지를 일반 전해질에서도 구동할 수 있는 기술이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 이민아 선임연구원 연구팀이 부식성 첨가제가 없고 대량생산이 가능한 일반 전해질로도 마그네슘 전지를 고효율로 구동할 수 있는 마그네슘 금속 화학적 활성화 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
마그네슘 전지는 2가 이온인 마그네슘 이온을 활용하는 전지로 리튬 같은 알칼리 금속 이온 전지보다 높은 에너지 밀도를 낼 수 있다. 마그네슘 금속을 음극으로 활용하면 리튬 금속에 비해 1.9배 큰 용량을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.
하지만 마그네슘은 이온을 운반하는 전해질과 반응성이 커 충·방전이 어려운 게 상용화를 가로막아 왔다. 부식성 전해질을 써 충·방전 효율을 높이는 방법도 있지만 부품 부식이 빨리 일어나는 문제가 있었다.
연구팀은 음극으로 활용할 마그네슘 금속을 반응성 알킬 할라이드 용액에 담가 표면에 보호막을 합성하는 공정을 개발했다.
여기에 특정 용매를 섞으면 마그네슘 표면에 나노구조가 만들어지며 충·방전이 촉진되는 것으로 나타났다.
이 기술을 적용하면 부식성 첨가제가 없는 전해질에서도 충·방전 전압을 2V에서 0.2V 미만으로 낮출 수 있다고 연구팀은 설명했다.
또 쿨롱 효율도 10% 미만에서 99.5% 이상으로 끌어올렸다고 연구팀은 강조했다. 쿨롱 효율은 기존 충전한 전지를 방전시킨 후 다시 충전했을 때 얼마나 충전되는지를 나타내는 것으로 충·방전 효율을 보여주는 값이다.
또 990회 이상 충·방전도 가능해 일반 전해질에서도 마그네슘 이차전지가 안정적으로 구동되는 것으로 나타났다고 연구팀은 제시했다.
이 선임연구원은 "마그네슘 금속 표면에 계면층 형성을 원천 차단하는 부식성 전해질을 사용하던 기존 마그네슘 이차전지 연구에 새로운 방향성을 제시한 것"이라며 "에너지 저장시스템(ESS)에 적합한 일반 전해질 기반의 저비용, 고에너지 밀도 마그네슘 이차전지의 상용화 가능성을 높일 것"이라고 말했다.
연구 결과는 국제학술지 '미국화학회(ACS) 나노'에 최신 호에 실렸다.
헬로티 김진희 기자 |
