리튬이온전지 대체할 저렴하고 안전한 소재 나왔다

송승완 충남대학교 교수 연구팀, 마그네슘이온전지용 새로운 음극 소재 개발
차세대 이차전지 개발에 활용될 수 있는 새로운 소재 기술이 나왔다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 송승완 충남대학교 교수 연구팀이 자원 매장량이 풍부한 마그네슘을 기반으로 마그네슘이온전지를 구현할 수 있는 새로운 음극 소재를 개발했다고 8일 밝혔다. 

현재 리튬이온전지가 활용되고 있지만 리튬 가격이 비싼데다 모두 수입에 의존하고 있는 실정이다. 또한, 수명이 짧고 폭발할 위험성도 존재했다.

반면, 리튬이온전지보다 상대적으로 안전하고, 친환경적인 마그네슘이온전지가 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있다. 이 전지는 마그네슘이 구하기 쉽고, 단위 부피당 에너지 밀도가 높다는 장점도 갖췄다.

그러나 마그네슘 금속을 음극으로 사용하는 마그네슘메탈전지는 리튬이차전지에서와 같이 염과 유기용매로 구성된 전해질을 사용하면 일반적인 온도에서 작동하기 어렵고, 특정 용매에서는 60~100℃의 높은 온도에서만 사용할 수 있다는 한계점이 있었다. 이는 전해질 성분이 마그네슘 금속 음극 표면에 두꺼운 부도체 표면층을 형성하고, 결국 전지의 작동을 중단시키기 때문이다.

이에 연구팀은 마그네슘 기반의 이차전지 구현을 위해 기존 마그네슘 금속 음극의 한계를 극복하고 대체할 수 있는 새로운 마그네슘-주석(Mg2Sn) 합금 음극 소재를 개발하고, 고용량 충전‧방전 성능을 획득했다.

송승완 교수는 "이번 연구는 마그네슘-주석 음극 소재를 상온에서 작동하는 마그네슘이온전지에 적용한 최초의 사례"라며 "탈(脫)리튬 차세대 이차전지 분야의 새로운 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.  

이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 이공학 개인기초연구지원사업의 일환으로 수행됐으며, 연구 결과는 전기화학 분야 국제학술지인 '저널 오브 파워 소스즈(Journal of Power Sources)'에 지난 달 15일자로 게재됐다. 
마그네슘-주석 음극의 전기화학적 충·방전 주기 특성.<자료=한국연구재단 제공>마그네슘-주석 음극의 전기화학적 충·방전 주기 특성.<자료=한국연구재단 제공>
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