국내 연구진이 자원 매장량이 풍부한 마그네슘 기반 물질로 이온 전지를 구현할 수 있는 새로운 음극 소재 기술을 개발했다. 전량 수입에 의존해 온 고가의 리튬을 대체할 이온 전지를 생산하는 기반이 될 것으로 기대된다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 송승완 충남대 응용화학공학과 교수팀이 마그네슘 이온 전지 구현에 필수인 마그네슘 기반의 음극 소재 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.
마그네슘 이온 전지는 현재 주로 쓰이는 리튬 대신 마그네슘 소재를 음극으로 사용하는 이차전지다. 마그네슘은 리튬의 4% 수준으로 가격이 저렴하고 높은 성능을 낼 수 있는 것이 특징이다. 이론상 단위 부피당 에너지 밀도는 리튬이온전지의 1.7배에 이른다.
수명이 길고 폭발 위험성도 적지만 문제는 마그네슘 소재로 이온 전지를 만들기가 쉽지 않다는 점이다.
염과 유기 용매로 이뤄진 전해질을 사용할 때 상온에서 작동시키기가 어렵다. 특정 용매에서는 섭씨 60~100도의 고온에서만 쓸 수 있다. 마그네슘 음극 표면이 전해질에 산화되면서 두꺼운 부도체 표면층을 형성, 전지의 작동을 중단시키기 때문이다.
연구팀은 새로운 고용량 충전·방전 성능을 지닌 마그네슘-주석(Mg₂Sn) 합금 음극 소재를 개발, 문제를 해결했다. 마그네슘-주석은 산화된 이온 상태의 물질이다. 이미 산화가 끝나서 부도체 표면층도 생기지 않는다.
산화 작용 걱정을 덜면 다양한 양극, 전해질을 사용할 수 있다. 전기전도도, 용량, 출력 등을 높일 수 있는 가능성도 있다.
연구팀은 현재 이 기술을 토대로 마그네슘 이온 전지 성능 최적화 작업을 하고 있다. 고성능, 장수명화 전지 개발 연구도 진행하고 있다.
송승완 충남대 교수는 “이번 연구는 마그네슘-주석 음극 소재를 상온에서 작동하는 마그네슘이온전지에 적용한 최초 사례”라면서 “탈리튬 차세대 이차전지 분야의 새로운 플랫폼이 될 것”이라고 기대했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
