기존 리튬이온전지보다 무게 당 에너지 보유량이 5배 이상 크고, 기존 전기자동차의 가장 큰 문제점인 긴 충전 시간과 충전 인프라 부족을 해결할 수 있는 교체식 마그네슘-공기전지 기술이 국내 연구자에 의해 개발되었다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 에너지융합연구단 조병원 박사는 마그네슘-공기전지의 성능을 획기적으로 개선시킨 전극과 전지구조를 개발하고 세계 최초로 마그네슘-공기전지 자동차 시험주행에 성공했다고 밝혔다.

마그네슘-공기전지는 마그네슘 금속과 공기 중의 산소를 전극물질로 이용함으로써 용량을 극대화한 전지로, 전기자동차(EV) 및 비상 전원과 같은 고에너지밀도가 요구되는 중·대형 전지시스템으로 각광받고 있다. 특히 현재의 내연기관 자동차와 비슷한 수준인 일회 충전 후 500km 이상을 주행할 수 있는 전기자동차를 실현하기 위해서는 전지의 에너지밀도가 700 Wh/kg 이상이어야 하는데 마그네슘-공기전지는 이에 대응할 수 있는 포스트 리튬이온전지이다.

하지만 현재까지 마그네슘음극에서의 반응 효율이 낮고 공기양극에서의 반응속도가 느린 단점이 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 연구 끝에 마그네슘음극 및 공기양극의 새로운 화학조성과 전지구조를 개발하였다. 여러 물질들의 합성을 통해 개발한 마그네슘음극과, 공기양극의 탄소 소재 조성과 구조를 변경하여 개발한 마그네슘-공기전지는 반응 효율과 속도를 획기적으로 높이고 에너지효율과 에너지밀도를 향상시켜 기존에 비해 출력이 2배정도 향상되었다.

특히 이번에 개발된 마그네슘-공기전지는 방전되었을 경우 마그네슘 금속판과 소금물 전해액을 10분안에 간단하고 신속하게 교체할 수 있어, 기존 리튬이차전지의 단점인 긴 충전시간(최소 2시간 이상)과 충전인프라 부족을 획기적으로 해결할 수 있는 새로운 패러다임의 전기자동차용 전지이다.

마그네슘은 전 세계적으로 매장지역이 편중되어 있어 원재료 확보가 어려운 기존 리튬계 전지와는 달리 국내에 풍부한 매장량을 확보하고 있어 순수 국내 생산 소재로 전지를 제조할 수 있으며, 마그네슘-공기전지 기술 자체가 매우 안전하고 친환경적이기 때문에 친환경 전기자동차용으로 각광을 받을 것으로 기대된다. 특히 지난 11월 강원도 옥계에 포스코 마그네슘제련소가 준공되어 가동에 들어감에 따라 수입에 의존하던 리튬을 마그네슘으로 대체하여 완전히 국산화할 수 있을 것으로 전망된다.

조병원 박사는 “이번에 개발된 전극조성 및 전지구조 기술은 전기자동차 등의 중대형 전지시스템에 적용될 수 있는 마그네슘-공기전지의 주요 이슈를 해결한 것으로써 현재는 휘발유에 비해 3배 정도 비싸지만, 향후 기술이 최적화되고 반응 부산물인 수산화마그네슘의 재활용 기술 등이 개발된다면 상용화가 가능할 것으로 예상되어 미래 전망은 밝은 상태” 라며 “이 전지기술은 최근 전력공급부족에 의한 블랙아웃을 대비한 비상발전용 전원장치로도 활용 가능성이 높은 전지” 라고 밝혔다.