우리 대학 에너지시스템공학부 문장혁 교수 연구팀이 마그네슘 금속을 사용한 이차전지의 성능을 높일 수 있는 새로운 기하학적 디자인을 제안했다. 

(왼쪽부터) 박서완 동문, 문장혁 교수

최근 기후 변화, 그로 인한 기후위기 등에 대비하기 위해 리튬 이온 전지에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 하지만, 충전·방전 시의 부반응으로 인한 폭발 위험, 급격히 상승중인 리튬 금속의 비용 때문에 리튬을 대체하기 위한 연구들도 활발히 진행되고 있다. 

이차전지 관련 마그네슘은 리튬 대비 장점이 많다. 물·산소와의 반응성이 낮아 공기 중에서 안전하며, 리튬에 비해 30배 가량 저렴하다. 리튬 배터리에 비해 저장 용량도 크다. 

이처럼 장점이 많은데도 마그네슘이 리튬보다 많이 활용되지 않는 것은 금속 수지상 성장, 불균일 증착 문제 때문이다. 문장혁 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘top-to-bottom magnesiophilicity-gradient 3D 호스트’를 사용해 마그네슘 금속 배터리의 성능을 향상시키는 새로운 기하학적 디자인을 제안했다.

연구팀은 금속 표면과 강한 친화성을 갖는 호스트 구조를 설계했다. 그 결과 마그네슘 금속 배터리 내부에서 일어나는 마그네슘 침전을 억제하고, 마그네슘 금속과 기판 간의 부착력을 향상시켰다. 그 결과 새로운 기하학적 디자인이 마그네슘 금속 배터리의 성능 개선에 큰 역할을 한다는 점을 발견했다. 마그네슘 금속 배터리의 발전 가능성을 보여준 것이다. 

보다 자세한 연구성과는 ‘가역 Mg-금속 배터리를 위한 상하부 magnesiophilicity-gradient 호스트의 기하학적 디자인(Geometrical design of top-to-bottom magnesiophilicity-gradient host for reversible Mg-metal batteries)’ 논문을 통해 확인할 수 있다. 

해당 논문은 2021년 기준 피인용 지수(Impact Factor) 20.831을 기록한 에너지 분야 국제 저명 학술지 ‘Energy storage materials’에 게재됐다. 에너지시스템공학과 석사과정을 졸업하고 현재 삼성SDI 연구원으로 재직 중인 박서완 동문이 이번 논문의 제1저자를 맡았다. 문 교수는 교신저자에 이름을 올렸다.