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마그네슘 이차전지 충·방전 효율 높인다

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마그네슘 이차전지 충·방전 효율 높인다
KIST는 일반 전해질에서 마그네슘 전지의 고효율 충·방전이 가능한 마그네슘 금속 화학적 활성화 공정기술을 개발했다. KIST 연구진들이 마그네슘 음극을 들여 보이고 있다. KIST 제공

리튬이온전지를 대체할 차세대 이차전지로 주목받는 마그네슘 이차전지의 충·방전 효율을 높이는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이민아 박사 연구팀이 일반 전해질에서 마그네슘 전지의 고효율 구동을 가능케 하는 마그네슘 금속 화학적 활성화 공정 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

전기자동차, 에너지저장장치(ESS) 등에 널리 쓰이는 리튬이온전지는 핵심 원자재인 리튬, 코발트 등의 수급이 특정 국가에 절대적으로 의존해 공급망 확보 우려가 크다. 폭발 위험성과 비싼 가격, 매장량 한계도 문제다. 이로 인해 지각에 풍부하게 존재하는 마그네슘 이차전지가 주목받고 있다. 마그네슘 이차전지는 리튬 대비 1.9배 높은 부피당 용량을 가지는 마그네슘 금속을 직접 음극으로 활용할 경우 에너지 밀도를 높일 수 있다. 하지만, 이온을 운반하는 전해질과 반응해 마그네슘 금속의 효율적인 충·방전이 어렵다 보니 상용화에 애로가 있었다. 이를 극복하는 방법으로 부식성 전해질을 이용해 충·방전 효율을 높이는 것도 대안으로 제시됐지만 부품 부식이 빨리 일어나는 문제가 있었다. 연구팀은 전지 조립 전에 음극으로 활용할 마그네슘 금속을 반응성 알킬 할라이드 용액에 담가 마그네슘 표면에 인공 보호막을 합성하는 공정을 개발했다. 여기에 특정 용매를 섞으면 마그네슘 표면에 나노구조가 함께 형성돼 충·방전이 촉진되는 것으로 확인했다. 이 기술을 적용한 결과 부식성 첨가제가 없는 일반적인 전해질에서 마그네슘 금속을 충·방전할 때 2V 이상이던 과전압이 0.2V 미만으로 낮아지고, 10% 미만이던 쿨롱 효율이 99.5% 이상으로 높아졌다고 연구팀은 설명했다. 990회 이상 마그네슘 금속 충·방전을 구현해 대량 생산이 가능한 일반 전해질에서도 마그네슘 이차전지가 안정적으로 구동되는 것을 확인했다.

이민아 KIST 박사는 "간단한 화학적 활성화 공정을 도입해 마그네슘 이차전지의 경제성과 에너지밀도를 높인 연구성과로, ESS에 적합한 일반 전해질 기반 저비용·고에너지 밀도 마그네슘 이차전지 상용화 가능성을 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.이 연구결과는 국제학술지 '미국화학회(ACS) 나노'에 최신 호에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
마그네슘 이차전지 충·방전 효율 높인다
화학적 활성화 공정 기술 적용 전후 마그네슘 금속의 충방전 반응 비교 그림

KIST 제공




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