"충전가능한 세상 만들었다"…노벨화학상, 리튬이온전지 개발자들에게 수여

[아이뉴스24 최상국 기자] 올해 노벨화학상은 리튬이온전지를 개발, 상용화한 미국, 영국, 일본의 과학자 세 명에게 돌아갔다.

9일 노벨위원회는 2019년 노벨화학상을 존 굿이너프(John B. Goodenough, 97) 美텍사스대학교 교수, 스탠리 휘팅엄(M. Stanley Whittingham, 78) 美 뉴욕주립대 교수, 아키라 요시노(Akira Yoshino, 71) 日 메이죠대 교수 등 3명에게 수여한다고 발표했다.

굿이너프 교수는 사상 최고령 노벨상 수상자이며, 일본의 아키라 요시노 교수는 일본에 24번째 노벨 과학상을 안겨 주게 됐다.

노벨위원회는 "수상자들이 가볍고 강력한 전지를 개발해 화석 연료 없는 사회를 만드는 데 기여함으로써 인류에게 매우 큰 이익을 가져다 주었다"고 수상의의를 설명했다.

리튬이온전지는 휴대전화에서 노트북, 전기자동차에 이르기까지 가장 보편적으로 사용되는 강력한 이차전지다. 원소번호 3번인 리튬은 금속 중에 가장 가벼운 물질이다. 따라서 리튬이온전지보다 더 효율적인 전지가 나올 가능성은 현재로서는 별로 없다.

화재사고의 빈발로 아직 안전성에 대한 의문이 제기되지만 태양광이나 풍력 등 신재생에너지로부터 획득한 에너지를 저장하기 위한 장치(ESS)에도 필수적이다.

노벨위원회가 리튬이온전지를 '화석 연료없는 사회'에 기여한 발명으로 평가한 것이 이런 이유 때문이다.

리튬이온전지의 탄생은 1970년대 석유 위기를 겪으면서 새로운 에너지 기술을 찾아나선 과학자들의 연구에서 비롯됐다.

리튬 전지는 70년대 이전에도 있었지만 폭발 위험성 때문에 주로 군사용으로만 제한적으로 사용됐다. 당시의 리튬전지는 리튬금속전지였다.

스탠리 휘팅엄 교수는 초전도체를 연구하다가 층상물질인 이황화티타늄(TiS2)에 리튬이온을 끼워 배터리 음극재료로 사용할 수 있다는 것을 처음 발견했다.

존 굿이너프 교수는 금속 황화물 대신 금속 산화물을 사용하면 더 나은 성능을 구현할 수 있을 것으로 예측하고 리튬 이온을 끼워넣은 산화코발트를 사용해 최대 4V(볼트)의 전압을 달성하는 데 성공했다.

이덕환 서강대 화학과 교수는 "대부분의 화학 전지는 2~2.5V에 그치는 데 반해 4V 전지를 구현한 것은 획기적인 발전이었으며 이를 통해 이차전지의 혁신이 일어나게 됐다"고 설명했다.

아키라 요시노 교수는 이들의 연구를 바탕으로 1985년 세계 최초로 상용 리튬 이온 배터리를 만드는 데 성공했다. 특히 리튬이온을 끼워넣을 수 있는 층상물질로 흑연을 처음 사용함으로써 수백번 충전할 수 있는 가볍고 내구성이 뛰어난 배터리가 탄생했다.

리튬 이온 전지는 1991년 처음 시장에 진입한 이래로 우리 삶에 혁명을 가져왔다.

굿이너프 교수 연구실에서 2006년부터 2011년까지 박사후 연구원을 지낸 김영식 UNIST교수는 "휘팅엄 교수가 층상물질을 활용해 리튬을 음극에 사용할 수 있다는 발견을 하고, 굿이너프 교수가 산화코발트 양극으로 4V를 실현했으며 요시노 교수가 이를 상용화한 것"으로 이번 노벨화학상 수상자들의 공적을 요약했다.

존 굿이너프 교수는 1922년 독일 예나에서 태어났다. 1952 년 미국 시카고 대학에서 박사학위를 받았다.

스탠리 휘팅엄 교수는 1941 년 영국에서 태어나 1968 년 옥스포드 대학에서 박사학위를 받았다. 현재 뉴욕 주립대 빙햄턴 캠퍼스 교수이다.

요시노 아키라 교수는 일본 스이타에서 태어났으며 2005년 일본 오사카 대학에서 박사학위를 받았다. 현재 아사히화성의 명예 연구원이자 메이조 대학의 교수다.

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