리튬 이온 배터리를 만든 공로로 스탠리 휘팅엄 교수는 VinFuture의 주요 상을 수상했지만, 당시에는 제품이 너무 새로워서 좋은 평가를 받지 못했습니다.
미국 뉴욕주립대 빙엄턴 대학의 스탠리 위팅엄 교수(82세)는 300만 달러(약 730억 베트남 동) 상당의 VinFuture 대상을 수상한 4명의 과학자 중 한 명입니다. 그의 발명품은 태양 전지 생산과 리튬 이온 배터리에 저장된 에너지를 통해 녹색 에너지의 지속 가능한 기반을 마련했습니다.
스탠리 위팅엄 교수는 리튬 이온 배터리의 작동 원리를 발명하고 리튬 이온이 효율적인 전하 운반체로서의 역할을 확인했습니다. 그의 공헌은 휴대전화부터 노트북, 전기 자동차에 이르기까지 모든 것에 사용되는 리튬 이온 배터리의 개발에 결정적인 역할을 했습니다.
리튬 이온 배터리가 등장하기 전, 세계에서 가장 흔한 배터리 두 가지는 산성 배터리와 알칼리성 배터리였습니다. 이러한 배터리의 한계는 에너지 출력이 낮다는 것입니다. 알칼리 전지와 니켈 전지는 매우 독성이 강해서 오늘날에는 공공장소에서 더 이상 사용되지 않습니다. 산성 배터리는 독성이 덜하지만 재활용과 재사용이 어렵습니다. 리튬 이온 배터리는 면적이 더 작지만 5배 더 많은 에너지를 전달하고 99% 재활용이 가능하다는 점이 다릅니다.
그러나 1974년경 스탠리 위팅엄과 그의 연구진은 에너지를 저장할 수 있는 최초의 리튬 이온 배터리를 만들어냈습니다. 하지만 "좋은 평가를 받지 못했습니다. 어쩌면 우리 제품이 너무 일찍, 시대를 앞서서 탄생했을 수도 있습니다." 그는 "눈에 띄지 않았기" 때문에 8~10년 동안 휴식을 취해야 했다고 밝혔습니다.
그는 처음에는 이런 유형의 배터리가 주로 블랙박스와 일부 유형의 시계에 사용되었다고 솔직하게 말했습니다. 나중에 일부 주요 제조업체는 이를 필요한 기술로 여겼습니다. 소니가 이 기술을 자사 제품에 통합하고자 접촉하면서, 이 유형의 배터리는 그 이후로 더 널리 알려지게 되었습니다.
보 반 투옹 대통령(왼쪽)이 VinFuture 2023 본상 수상자 4명과 스탠리 휘팅엄 교수(가운데)에게 상을 수여하고 있습니다. 사진: 지앙 휘
그의 공헌은 리튬 이온을 황화티타늄 판 사이에 가두면 전기가 생성되고, 이를 통해 리튬의 엄청난 에너지를 이용해 최외각 전자를 방출할 수 있다는 것을 발견한 것입니다. 스탠리 교수는 배터리 기술의 핵심은 에너지를 저장하고 빠르게 충전하는 것이라고 설명했습니다. 이건 누구나 원하는 기능이에요. 이 배터리 기술의 메커니즘은 간단히 말해 여러 층으로 구성된 샌드위치로 이해되는데, 가운데에 리튬 화합물이 있고, 충전이 필요할 때 리튬이 빨려나와 충전된 후 다시 그 층들로 밀려 들어갑니다.
그는 전극 삽입 개념을 개척했습니다. 그는 또한 다중 전자 삽입 반응을 적용하여 배터리의 안정성과 용량을 향상시킴으로써, 배터리의 구조적 안정성과 사이클 횟수를 개선하는 데 주력했습니다.
최초에는 핵심 멤버가 6~8명이었지만, 점차 규모가 확대되어 물리학자와 재료 과학자의 협력자도 포함되어 30명 가까이 되었습니다. 하지만 스탠리 씨는 연구 경로가 항상 순탄했던 것은 아니며, 배터리 연구가 더 이상 화제가 되지 않았던 시기가 있었다고 말했습니다.
하지만 이제 리튬 이온 배터리는 휴대전화, 시계, 컴퓨터에서부터 자동차, 운송수단, 태양광 및 풍력 에너지를 생산하는 대기업에 이르기까지 배터리가 필요한 모든 것에 적용되었습니다. "저는 20년 전에 은퇴했어야 했지만, 오늘 여기 앉아 VinFast가 전기 자동차, 전기 버스, 전기 오토바이를 출시한 것처럼 배터리를 사용하는 전기 자동차가 점점 더 많아지는 것을 보게 될 줄은 생각지 못했습니다."라고 그는 말했습니다.
스탠리 휘팅엄. 사진: 푸옥 반
스탠리 휘팅엄 교수는 최초의 리튬 배터리를 개발한 공로로 2019년 노벨 화학상을 수상했으며, 존 굿이너프 교수(텍사스 대학교)와 아키라 요시노 교수(메이조 대학교)와 함께 상을 공동 수상했습니다. 노벨 재단에 따르면, 리튬 이온 배터리는 1991년 시장에 출시된 이래로 인간의 삶에 혁명을 일으켜 무선 및 화석 연료가 없는 사회의 기반을 마련했습니다. 리튬 이온 배터리의 개발로 전기 자동차의 탄생이 가능해졌고, 무선 통신의 성장도 촉진되었습니다.
그는 리튬 배터리가 환경 문제로부터 "지구를 구한 영웅"인지 시험해볼 시간이 더 이상 충분하지 않다고 농담을 했습니다. 송 교수는 자신의 과학 경력 전반에 걸쳐 배터리와 환경 분야의 지속 가능성에 관심이 있었다고 말했다. 어떤 방식으로 배터리를 생산하든 에너지를 덜 사용해야 하며, 한 나라에서 다른 나라로 수천 마일을 운송하는 데도 많은 에너지가 필요합니다. 따라서 그는 각 지역과 국가가 자체적으로 리튬 배터리를 생산할 수 있기를 바라고 있습니다.
고갈될 수 있는 희귀 금속을 사용한 리튬 배터리에 대한 질문에 스탠리 휘팅엄 교수는 아동 노동을 통해 채굴된 금속은 사용하지 않으려고 한다고 답했습니다. 니켈이 아직 널리 사용되고 있기 때문에 인산염은 에너지 밀도가 낮지만 가격이 저렴하기 때문에 장려되고 있습니다. 그는 또한 반도체를 효율적으로 사용하면 필요한 배터리가 줄어들 것이라는 사실을 지적했다. "10년 전 컴퓨터를 사용했을 때, 우리는 종종 컴퓨터가 뜨거워지는 것을 보았습니다. 지금은 컴퓨터의 반도체가 훨씬 더 효율적으로 작동하기 때문에 이런 현상을 거의 볼 수 없습니다."라고 그는 말했습니다.
스탠리 휘팅엄은 현재 빙엄턴 대학교에서 교수로 재직 중이며, 1988년부터 재직하고 있습니다. 그가 일하는 연구 그룹에는 선임 과학자들이 있으며, 또한 그가 연결하고자 하는 젊은 연구자들을 찾고 있습니다. 베트남을 세 번째 방문했을 때 그는 젊은 과학자들에게 두 가지 조언을 했습니다. 항상 자신이 관심 있고 열정을 느끼는 것을 연구하고, 돈에 너무 집착하지 말라는 것입니다. 두 번째로, 투자하기 어려운 분야에도 기꺼이 투자하고, 위험을 감수하는 사고방식을 가져야 하며, 지나치게 보수적이어서는 안 됩니다.
누 퀸
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