노벨화학상 수상자(갈무리)© 뉴스1

리튬 이온 배터리(전지)를 개발해 '충전하는 세상'을 연 과학자 3명에게 올해 노벨화학상의 영예가 돌아갔다. 리튬 이온 배터리의 첫 개념을 제시하고 배터리의 용량을 폭발적으로 늘린 미국인과 영국인 과학자 2명과 리튬 배터리를 안전하게 사용할 수 있도록 상용화한데 기여한 일본인 과학자 1명이 주인공이다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 9일(현지시간) 2019년 노벨 화학학상 수상자로 미국인 존 굿이너프(97) 오스틴 텍사스대 교수, 영국인 스탠리 위팅엄(77) 빙엄턴 뉴욕주립대 교수, 일본인 요시노 아키라(71) 일본 메이조대 교수 겸 아사히 카세이 연구원을 선정했다.

노벨위원회는 "노벨 화학상 수상자들은 '충전이 가능한 세상'을 만들어 낸 연구자 3명에게 돌아갔다"면서 "현재 휴대전화, 노트북, 전기 차량에 이르기까지 모든 분야에 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 태양열·풍력 발전으로부터 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있어 화석 연료가 없는 사회가 될 수 있는 세상을 열었다"고 평가했다.

리튬 이온 배터리는 이차전지의 일종으로 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하며, 충전시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동해 제자리를 찾게 되는 전지다.

리튬 이온 배터리는 위팅엄 교수가 1970년대 처음 제안했다. 위팅엄 교수는 황화타이타늄(TIS₂)을 양극으로, 금속 리튬을 음극으로 사용했다. 여러 층으로 나누어진 티타늄 소재 층상물질로 전류가 흐르는 길을 만든 전지 구조를 개발한 것. 그러나 배터리의 용량은 단지 2V(볼트) 수준이었다.

그때 굿이너프 교수가 배터리 용량을 두 배로 증가시켜 훨씬 더 강하고 유용한 배터리로 만들었다. 굿이너프 교수는 음극이 황화 금속 대신 산화 금속으로 대체될 경우 더 높은 전압을 생산할 수 있을 것이라고 보고 1980년 코발트(Co) 산화물이 최대 4V를 생산할 수 있다는 것을 증명했다. 획기적으로 배터리의 용량을 늘린 성과다.

이러한 배터리는 여전히 위험성이 있었다. 배터리는 음극이 금속 리튬으로 이뤄져 있어 양극과 음극을 단절시켜주는 분리막이 파손되거나 틈이 생기면 내부에 높은 전류가 흘러 발열되어 폭발의 위험이 높았다. 여기에 요시노 교수는 리튬 이온 배터리를 일상생활에서도 사용할 수 있도록 폭발성이 없이 안전성을 높이기 위해 순수 리튬을 제거했다. 요시노 교수는 1985년 최초로 음극에 반응성 리튬이온이 아닌 코발트 탄소 재료인 석유코크스(탄소소재)를 사용했다.

노벨위원회는 "리튬 이온 배터리는 1991년 처음 시장에 진출한 이래 우리 생활에 혁명을 일으켰다"면서 "1970년 석유 파동 때 화석 연료가 없는 무선 사회의 기반을 마련한 것으로 인류에게 큰 공헌을 했다"고 말했다.

굿이너프 택사스대 교수 연구실에서 2006년부터 2010년까지 연구한 경험이 있는 김영식 울산과학기술원(UNIST) 에너지및과학공학부 교수는 "상용화된 리튬 이온 배터리의 거장들"이라고 평가하며 "그들의 혁신적인 발견이 지금의 리튬 이온 전지가 일상 상활에서 사용될 수 있었다"고 평가했다.

올해 노벨 과학상 발표는 지난 7일 생리의학상, 지난 8일 물리학상, 이날 화학상으로 이어지고 있다. 노벨재단위원회는 올해 노벨상 수상자들에게 900만 스웨덴크로나(약 10억 9000만원 상당)의 상금과 메달·증서를 수여한다. 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름(생리의학·물리·화학·경제학상)과 노르웨이 오슬로(평화상)에서 열린다.