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• “수분 막지 않고 제거”…KIST, Mg 배터리 돌파구

  송고일 : 2026-04-10
  
  

  단순 침지 공정을 통한 마그네슘 음극의 보호층 형성 과정과 수분을 물리적·화학적으로 포획·제거하는 기능성 물질이 포함된 보호층의 구조 모식도 /KIST 제공

  [투데이에너지 김원빈 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 수분에 취약한 마그네슘 배터리의 한계를 극복할 수 있는 기술을 개발했다고10일 밝혔다.

  전기차 배터리와 에너지저장장치(ESS)에 널리 쓰이는 리튬이온배터리는 높은 성능에도 불구하고 자원 제약, 비용, 안전성 문제를 안고 있다. 이를 대체할 후보로 마그네슘 배터리가 주목받고 있지만, 수분에 극도로 취약해 상용화에 어려움을 겪어왔다.

  기존에는 수분을 완전히 차단하는 방식으로 연구가 진행됐지만, 이 경우 고도 건조 공정과 밀폐 설비가 필요해 비용 부담이 컸다.

  오시형 KIST 에너지저장연구센터 박사 연구팀은 접근 방식을 바꿨다. 수분을 막는 대신, 유입된 수분을 능동적으로 제거하는 개념을 도입한 것이다.

  연구팀은 마그네슘 금속을 ‘트리메틸인산(TMP)’ 용액에 약 15분간 담가 표면에 나노 구조의 보호층을 형성했다. 이 보호층은 수분을 화학적으로 분해하거나 물리적으로 가두는 방식으로, 전극 표면에 수분이 도달하기 전에 이를 제거한다.

  그 결과, 기존 전극이 극미량 수분에서도 작동이 멈췄던 것과 달리, 개발된 전극은 고수분 환경에서도 안정적인 충·방전을 유지했다. 특히 1050ppm 수준에서는 1200시간 이상의 장기 구동에도 성능이 유지됐으며, 특수 밀폐 장비 없이 일반 대기 환경에서 조립한 전지도 정상 작동했다.

  마그네슘 금속 음극 보호층의 능동적 수분 제거 메커니즘 / KIST 제공

  이번 성과는 복잡한 수분 제어 공정 없이도 배터리 제조가 가능하다는 점에서 의미가 크다. 단순 침지 공정만으로 구현할 수 있어 대량 생산에도 유리하며, 수분에 민감한 다른 금속 전지에도 적용 가능성이 있다는 평가다.

  오시형 박사는 “수분을 차단하는 기존 방식에서 벗어나 능동적으로 제어하는 전략을 통해 상용화의 핵심 장애 요인을 극복했다”며 “마그네슘 배터리 연구 확산의 계기가 될 것”이라고 밝혔다.

  이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」에 게재됐다.

  ■용어설명

  마그네슘 배터리=리튬 대신 마그네슘 금속을 사용하는 차세대 전지로, 자원 풍부성과 안전성이 장점

  전해질=이온이 이동하며 전류 흐름을 돕는 물질

  ppm=농도를 나타내는 단위(백만분의 1 수준)

  트리메틸인산(TMP)=전극 표면 보호층 형성을 돕는 화학 물질

  침지 공정=물질을 용액에 담가 표면 처리를 하는 방식

  능동적 수분 제어=수분을 막는 것이 아니라 화학 반응 등으로 제거하는 방식

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)