리튬이온 배터리의 아버지, 스탠리 휘팅엄

리튬이온 배터리의 아버지, 스탠리 휘팅엄

스탠리 휘팅엄은 현대 사회를 움직이는 중요한 기술 중 하나인 리튬이온 배터리를 처음으로 개발한 분이에요. 그분의 놀라운 연구 덕분에 오늘날 우리가 편리하게 사용하는 휴대폰, 노트북, 전기 자동차 같은 디지털 기기들이 탄생할 수 있었답니다. 예전에는 니켈-카드뮴 배터리가 주로 쓰였는데, 이건 용량도 작고 충전하는 데 시간도 오래 걸렸으며 환경 오염 문제도 있었어요.

휘팅엄 교수님은 리튬 금속을 양극재로 사용하는 배터리를 만들고 싶어 하셨는데, 리튬 금속은 매우 반응성이 높아서 안전성에 문제가 생길 수 있었어요. 그래서 교수님은 '인터칼레이션'이라는 현상을 찾아내고 이를 적용했답니다.

- 인터칼레이션 현상

인터칼레이션이란 물질 내부에 원자 또는 분자가 차곡차곡 쌓이는 현상을 말해요. 교수님은 리튬 금속 대신 리튬이온을 저장할 수 있는 물질을 양극재로 사용하고, 음극재로는 이황화티타늄을 선택하셨어요.

양극재에서 분리된 리튬이온이 음극재로 이동하면서 전자를 내놓고, 음극재에 있던 리튬이온은 다시 양극재로 돌아가면서 전자를 받아들여요. 이렇게 해서 배터리가 충전되고 방전이 이루어지는 거예요.

- 노벨화학상 수상

휘팅엄 교수님의 연구 결과는 리튬이온 배터리의 발전에 정말 큰 영향을 미쳤어요. 지금 우리가 사용하는 대부분의 휴대용 전자기기와 전기 자동차에는 이 배터리가 꼭 필요하죠.

2019년에는 교수님의 뛰어난 업적을 인정받아 노벨화학상을 수상하셨어요. 함께 상을 받으신 존 구디너프 교수님은 양극재로 사용되는 니켈산화물을 개발하셨고, 요시노 아키라 교수님은 음극재로 쓰이는 탄소 소재를 개발하셨답니다.

- 현재의 리튬이온 배터리

지금 우리가 사용하는 리튬이온 배터리는 휘팅엄 교수님이 처음 개발하셨던 모델과는 많이 달라졌어요. 현재는 니켈, 코발트, 망간 같은 금속을 혼합한 리튬이온전지를 양극재로 주로 사용하고 있고, 음극재로는 실리콘이나 그래핀 같은 새로운 소재들이 개발되어 사용되고 있답니다.

배터리의 성능을 높이기 위한 연구도 계속되고 있어요. 예를 들어, 배터리 수명을 늘리기 위해 양극재와 음극재의 구조를 개선하거나, 배터리의 안전성을 높이기 위해 보호회로를 추가하는 등의 노력이 이루어지고 있지요.

스탠리 휘팅엄 교수님의 연구는 인류의 에너지 산업에 정말 큰 변화를 가져왔어요. 그리고 교수님의 업적 덕분에 앞으로 더욱 발전할 리튬이온 배터리의 미래가 더욱 기대된답니다.