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2019 노벨화학상 수상자
  • 노벨사이언스 편집위원회
  • 승인 2019.10.10 20:32
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2019 노벨화학상 ‘리튬이온전지 충전시대 열었다’ 3명 수상

  • 존 구디너프 미국 텍사스 오스틴대 교수, 스탠리 휘팅엄 빙엄턴 뉴욕주립대 교수,
  • 요시노 아키라 일본 메이조대 교수

무선·화학연료 제로 사회…인류의 일상 혁신

 

올해 노벨화학상은 리튬이온전지 충전시대를 열었다고 평가받은 3명의 과학자에게 돌아갔다. 이들의 연구를 통해 가벼우면서도 재충전이 가능한 리튬 이온 배터리가 개발돼, 무선·화학연료 제로 사회의 토대를 마련하는 등 인류의 일상을 혁신했다고 평가받고 있다. 현재 리튬이온전지는 휴대성이 강조되는 스마트폰, 노트북 등 전자제품에 쓰이고 있으며, 대용량 저장이 가능하다는 장점으로 전력저장장치인 ESS까지 활용되고 있다. 특히 이번 노벨화학상은 역대 노벨과학상 수상자 중 최고령 수상자를 배출했으며, 일본의 25번째 노벨상을 안기는 등 다양한 기록을 세웠다.

 

“리튬이온 배터리로 생활 혁명”

올해 노벨화학상은 리튬이온전지를 연구한 미국 과학자 2명과 일본 과학자 1명에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립과학아카데미 노벨위원회는 9일(현지시각) 올해 노벨화학상 수상자로 독일계 존 구디너프(97) 미국 텍사스 오스틴대 교수와 영국계 스탠리 휘팅엄(78) 빙엄턴 뉴욕주립대 교수, 요시노 아키라(71) 일본 메이조대 교수를 선정했다고 밝혔다.

노벨위원회는 이번 수상자들이 현재 2차전지 중 대부분을 차지하고 있는 리튬이온전지를 개발해 화석연료로부터 자유로운 사회로 한발 다가서는 데 기여했다고 평가했다.

2차전지는 건전지처럼 한 번 쓰고 버리는 1차전지와 달리 충전과 방전을 거듭하며 사용할 수 있는 것으로 알려졌다. 현재 여러 종류의 2차전지가 있지만, 지금까지 상용화된 것 중에서 가장 성능이 우수한 전지가 리튬이온전지다.

리튬이온전지는 휴대성이 강조되는 스마트폰, 노트북 등 전자제품 및 대용량 저장이 가능해, 전력저장장치인 ESS까지 활용되고 있는 추세다. 또한, 리튬이온전지는 이산화탄소 배출 규제와 화석연료 고갈 등에 대비할 수 있는 강력한 에너지 장치로 떠오르고 있다.

이번에 노벨화학상 수상자로 선정된 3인의 과학자들은 리튬이온전지 개발과 발전의 역사 그 자체라는 평가를 받는다.

휘팅엄 교수는 엑슨사와 함께 1970년대 처음으로 리튬이온전지를 고안했으며, 이후 구디너프 교수가 이끄는 연구팀이 리튬이온전지의 새로운 양극(+) 물질을 개발, 1991년 소니에 의해 최초로 상업화된 리튬이온전지가 세상에 나오게 됐다.

휘팅엄 교수는 금속 리튬으로 도선에 전자를 공급하는 음극을 만들고, 이황화타이타늄으로 양극을 만들어 전류가 흐르게 하는데 성공했지만, 2볼트(V) 정도의 낮은 전압만 낼 수 있고 금속 리튬이 폭발할 가능성이 있다는 숙제를 남겼다.

이후 구디너프 교수는 1980년 리튬 이온을 삽입한 코발트 산화물을 이용하는 방법으로 폭발 문제를 해결하고 전압을 기존보다 두 배 이상 크게 높이는데 성공하며 주목을 받았다. 다음으로 요시노 교수가 1985년 본격적인 상용화 수준의 리튬이온 배터리를 개발한 것으로 알려졌다.

학계는 휘팅엄 교수가 리튬이온 배터리의 개념을 정립하고, 구디너프 교수가 기술을 발전시킨 후, 요시노 교수가 상용화에 기여했다고 평가한다.

전문가들은 2차전지로 활용되기 위해서는 가벼운 것을 물론, 전기 효율이 높아야 하는데 원자번호 3번으로 가장 가벼운 금속인 리튬을 이용한 리튬이온배터리는 두 가지 측면에서 모두 장점이 있는 것으로 나타났다. 실제로 현재 기술로 이보다 더 좋은 2차 전지를 개발하는 것은 어려운 상황이라는 평가가 나온다.

이번 노벨화학상 수상자들은 여러 가지 기록을 남겼다. 요시노 교수의 수상으로 일본은 과학 분야에서만 올해까지 24개의 노벨상을 수상하게 됐으며, 이는 역대 5번째로 많은 수다. 2000년대 이후 수상자만 따지면 미국에 이어 두 번째인 것으로 파악됐다.

특히 구디너프 교수는 역대 노벨과학상 수상자 중 최고령자가 됐다. 지금까지 노벨과학상 수상자 중 최고령자는 지난해 노벨물리학상을 받은 아서 애슈킨 교수로 당시 96세였다.

노벨위원회는 “가볍고 재충전 가능하며 강력한 리튬이온 배터리는 휴대전화로부터 노트북, 전기자동차까지 모든 제품에 쓰인다”며 “1991년 출시된 이래 우리의 일상을 혁신했다”고 노벨화학상 선정 이유를 밝혔다.

또 “리튬이온 배터리 기술은 태양력과 풍력 같은 에너지를 다량으로 저장할 수 있어서 화석연료 없는 세상이 가능하게 한다”며 “수상자들은 무선 기술과 화석연료 없는 세상의 기초를 놓고 인류에 크나큰 혜택을 안겼다”고 의미를 부여했다.

이번 노벨화학상 수상자들에게는 상금 900만 스웨덴크로나(약 10억 9791만원)가 주어지며 각각 300만 스웨덴크로나를 받게 된다.

일본, 24명의 노벨과학상 배출하다

요시노 교수가 노벨화학상을 수상함에 따라 일본은 총 24명의 노벨과학상 수상자를 보유하게 됐다. 이로써 일본은 기초과학 및 소재 강국의 면모를 다시 한번 과시했다.

요시노 교수가 겸직으로 재직 중인 아사히카세이는 종합화학기업으로 2017년 배터리 분리막 세계 시장 점유율 1위를 차지하고 있는 것으로 나타났다.

일본은 고분자 물질 질량 분석 기술로 2002년 화학상을 받은 다나카 코이치 시마즈제작소 연구원, 파란색 발광다이오드 연구로 2014년 노벨 물리학상을 받은 나카무라 슈지 미국 UC 산타바바라 교수 겸 일본 니치아 화학공업 연구원에 이어 또 한번 기업 연구원이 상을 받는 기록도 세웠다. 기초과학 및 소재 강국의 면모를 다시 한번 과시한 것이다.

일본 언론 역시 요시노 교수가 올해 노벨 화학상 수상자로 결정되자 정규 방송을 중단하며 해당 소식을 신속하게 전하기도 했다.

요시노의 노벨화학상 수상으로 일본은 2년 연속 일본 국적 노벨상 수상자를 배출해 냈다. 지난해에는 혼조 다스쿠(77세) 교토대 특별교수가 노벨생리의학상을 받은바 있다.

일본 국적자의 전체 노벨상 수상은 이번이 25명째로, 요시노는 화학상을 받은 8번째 일본인으로 기록됐다. 그동안 일본은 물리학상 9명, 생리의학상 5명, 문학상 2명, 평화상 1명을 배출한 것으로 파악된다. 일본 출신이지만 다른 나라 국적을 보유한 수상자도 3명까지 포함하면 일본 출신 노벨상 수상자는 28명으로 늘어난다.

특히 일본은 2014년부터 2016년까지 물리학상, 생리의학상을 3년 연속 노벨상 수상자를 배출하는 등 최근 꾸준하게 노벨상 성과를 내고 있다.

일본 노벨상, 연구자와 기업의 동반성장이 핵심

이번에 노벨화학상을 받은 요시노 교수는 기업인 출신이라는 점에서 특히 과학계의 관심을 받고 있다. 일본의 기업 연구원이 노벨상을 받는 사례는 이번이 네 번째로, 이들은 기업에 20년 이상 근무하면서 원천기술을 개발하는데 주력했다는 공통점이 있다.

요시노 교수는 1972년 교토대에서 석사 학위를 취득한 후 아사히카세이에 입사한 기업 연구원 출신이다. 그는 아사히카세이에서 배터리 기술개발 담당부장, 이온 2차 배터리 사업 추진실장 등을 거쳤으나, 박사 학위는 2005년이 돼서야 취득했다.

요시노 교수가 노벨상을 받을 수 있게 된 데는 개개인의 전문성을 중시하는 일본 중소·중견기업의 자유로운 문화 영향이 크다는 분석이 나온다. 그가 근무했던 아사히카세이는 ‘도전 정신’을 회사를 키우는 핵심 사훈으로 삼았으며, 이로 인해 그는 입사 이후 30여년간 줄곧 리튬 이온 배터리 개발에만 매진할 수 있었다는 관측이다. 대학이 아닌 기업이 가장 안정적이고 지속적인 연구 시스템을 운영해온 것.

또한, 일본의 노벨과학상 수상자 대부분이 국내파라는 사실이 증명하듯, 일본에는 국내에서 자유롭게 연구하면서 후학으로 양성될 수 있는 뿌리 깊은 연구 풍토가 있다. 일본의 노벨과학상 전체 수상자 24명 가운데 20명이 일본 국내에서 박사 학위를 취득했으며, 이들이 박사 학위를 취득한 대학원은 전부 국공립대학교로 파악됐다.

요시노 교수는 “1981년 때부터 리튬 이온 배터리 개발에 관한 기초 연구를 시작했으며, 리튬 이온 배터리의 음극을 탄소화합물로 만들어 폭발 위험을 해결한 배터리를 만들기까지는 매우 긴 시간 연구가 필요했다”며 “기업 연구원 출신으로 노벨상을 받게 돼 영광이다”라고 아사히카세이 본사에서 열린 기자회견을 통해 밝혔다.

 

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