한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 오시형 책임연구원 연구팀이 마그네슘 금속을 특수 용액에 15분 담그는 것만으로도 일반 대기에서도 안정적으로 작동하는 마그네슘 배터리 음극을 구현하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

풍부한 소재면서도 부피당 에너지 밀도가 커 차세대 배터리로 주목받는 마그네슘 배터리는 극미량 수분만 닿아도 전극 표면에 순식간에 막이 생겨 전기를 만드는 반응 자체를 막아버린다.

때문에 엄격한 수분 차단 시설과 고도의 건조 공정이 필요해 값이 비싸지고 양산이 어려운 문제가 있었다.

연구팀은 수분을 차단하는 대신 유입된 수분을 능동적으로 제거하는 전략을 택했다.

마그네슘 금속을 트리메틸인산(TMP) 용액에 15분 담그면 나노 구조 보호층이 표면에 생기고, 이 보호층이 수분을 화학적으로 분해하거나 물리적으로 가둬 선제 처리하게 되는 방식이다.

기존 마그네슘 전극이 건조한 공기 속 극미량 수분에도 즉시 작동 불능에 빠지는 것과 달리 이 전극은 습한 실내 공기 수준인 6천500ppm 이상 전해질 환경에서도 안정적으로 충·방전을 유지했다.

1천50ppm 조건에서는 1천200시간 이상 장기 구동해도 성능이 유지됐고, 일반 대기에서 조립한 전지도 정상 작동했다고 연구팀은 덧붙였다.

오 책임연구원은 "수분을 차단하는 기존의 수동적 제어 방식에서 벗어나, 능동적 수분 제어 개념에 기반한 설계 전략으로 마그네슘 배터리 상용화의 주요 장애 요인을 극복한 사례"라며 "그동안 수분 제어를 위한 복잡한 공정으로 연구 확산에 제약이 존재했던 만큼, 이번 기술은 향후 마그네슘 배터리 분야의 연구를 획기적으로 촉진하는 계기가 될 것"이라고 말했다.

연구결과는 지난달 9일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 실렸다.