노벨화학상, 충전의 세상 연 리튬이온 배터리 연구자 3명 수상(종합)

최고령 기록 경신, 일본 24번째 과학상 수상

2019 노벨화학상 수상자가 발표됐다. (왼쪽부터) 존 구디너프 미국 텍사스대 교수(97)와 스탠리 휘팅엄 미국 빙엄턴대 교수(78), 요시노 아키라 일본 메이조대 교수 겸 아사히가세이 명예 연구원 (71)

2019년 노벨 화학상 수상의 영예는 스마트폰과 노트북 등 무선 기기를 비롯해 전기차에 대중적으로 활용되고 있는 리튬이온 2차전지를 개발하는 데 공헌한 3명의 과학자에게 돌아갔다. 

스웨덴 왕립과학원 노벨상위원회는 존 구디너프(97, John B. Goodenough) 미국 텍사스대학 교수와 스탠리 휘팅엄(78, Stanley Whittingham) 미국 뉴욕주립대 빙엄턴 대학 교수, 요시노 아키라(71, Akira Yoshino) 일본 아사히 가세이 명예연구원 겸 메이조 대학 교수를 올해 노벨 화학상 수상자로 선정했다고 9일(현지시각) 밝혔다. 

노벨상위원회는 “리튬이온 배터리는 휴대전화와 랩톱 컴퓨터, 전기차 등 현재 우리 삶에 활용되는 기기들의 혁명을 가져왔다”며 “수상자들의 공헌으로 무선 기기 시장을 열었고 화석 연료가 없는 사회를 가능케 해 태양광과 풍력 등 재생에너지를 저장할 수 있는 길을 텄다”고 밝혔다. 

1970년대 스탠리 휘팅엄 교수는 초전도체를 연구하기 시작했고 전기에너지가 풍부한 리튬이온을 배터리로 활용하기 위해 양극으로 황화타이타늄(TiS2)을 이용한 전지를 개발했다. 당시 휘팅엄 교수가 황화타이타늄을 이용한 리튬이온배터리는 2볼트를 내는 데 불과했고 폭발할 가능성이 단점으로 제시됐다. 

구디너프 교수는 산화물 계열의 물질을 활용해 2볼트에 불과한 전압 출력을 4볼트로 높이는 데 성공했다. 구디너프 교수는 리튬이온 배터리의 양극으로 ‘리튬코발트산화물’을 제안하는 논문을 1980년 발표했고, 이후 일본 기업 소니가 리튬코발트산화물을 양극으로 활용해 배터리를 만드는 데 기여했다. 

요시노 아키라 교수는 1985년 세계 첫 상용 리튬 이온 배터리를 만들었다. 휘팅엄 교수가 처음 개발한 리튬이온 배터리는 음극으로 리튬 금속을 활용했다. 리튬금속의 산화환원반응이 생기는 과정에서 물질이 그물처럼 퍼져나가는 구조(수지상 구조)가 생겨 전기가 통하지 않는 단락 현상이 발생하는 문제가 있었다. 요시노 교수는 음극으로 리튬금속을 쓰지 않는 대신 흑연을 음극으로 활용해 이 문제를 해결하고 리튬이온 배터리를 안정화하며 상용화에 성공했다. 

박사후연구원 시절 구디너프 교수와 함께 연구한 김영식 울산과학기술원(UNIST) 교수는 "기존에는 포터블 기기에 쓸 수 있는 배터리로 2볼트 정도의 납축전지 등이 나왔는데, 4볼트 이상의 배터리가 나오며 고에너지 밀도 배터리 개발의 가능성을 확인하게 됐다"고 이번 노벨 화학상 수상의 의미를 평가했다.

이덕환 서강대 화학과 명예교수는 “제일 가벼운 금속인 리튬을 이용한 배터리는 가벼워야 하고 전기효율이 좋아야 하는데 리튬이온 배터리는 이 2가지 측면에서 굉장히 큰 장점을 갖고 있다”며 “이보다 더 좋은 2차 전지를 현재로서는 상상하기 어려운 상황”이라고 설명했다.

이번 노벨 화학상 수상자 중 한명인 존 구디너프 교수는 역대 최고령 수상자에 이름을 올리게 됐다. 이와 함께 일본은 노벨 과학상 분야에서 24번째 수상자를 배출했다. 앞서 지난해에도 혼조 다스쿠 일본 교토대 명예교수는 일본인으로서는 23번째로 과학분야의 노벨상을 받는 영예를 안았다.

노벨화학상 수상자는 900만 스웨덴크로네(약10억9200만원)의 상금을 나눠갖게 된다. 올해 노벨 과학상 발표는 7일 생리의학상, 8일 물리학상에 이어 이날 화학상까지 모두 완료됐다. 문학·평화·경제 분야 나머지 노벨상은 14일까지 차례로 발표된다. 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다. 이날 생리의학·물리·화학·문학·경제학상을 수여하며 평화상 시상식은 노르웨이 오슬로에서 열린다.

[김민수 기자,고재원 기자 reborn@donga.com,jawon1212@donga.com]