리튬 이온 배터리를 만드는 연구로 스탠리 휘팅엄 교수는 VinFuture의 주요상을 수상했지만, 그가 발명했을 당시에는 제품이 너무 새로워서 별로 좋은 평가를 받지 못했습니다.
미국 뉴욕주립대 빙엄턴 대학의 스탠리 위팅엄 교수(82세)는 300만 달러(약 730억 동) 상당의 VinFuture 대상을 수상한 4명의 과학자 중 한 명입니다. 그의 발명품은 태양 전지 생산 및 리튬 이온 배터리로 에너지를 저장함으로써 친환경 에너지의 지속 가능한 기반을 마련했습니다.
스탠리 위팅엄 교수는 리튬 이온 배터리의 작동 원리를 발명하고 리튬 이온이 효율적인 전하 운반체로서 역할을 한다는 것을 확립했습니다. 그의 공헌은 휴대폰, 노트북, 전기 자동차 등 모든 분야에 사용되는 리튬 이온 배터리 개발에 결정적인 역할을 했습니다.
리튬 이온 배터리가 등장하기 전, 세계에서 가장 널리 사용되었던 두 가지 유형의 배터리는 산성 배터리와 알칼리 배터리였습니다. 이 배터리들의 단점은 낮은 에너지 출력입니다. 알칼리 배터리와 니켈 배터리는 매우 독성이 강하여 오늘날 공공장소에서는 더 이상 사용되지 않습니다. 산성 배터리는 독성이 적지만 재활용 및 재사용이 어렵습니다. 리튬 이온 배터리는 면적은 더 작지만 에너지 생산량이 5배 더 많고 99% 재활용이 가능하다는 점이 차이점입니다.
그러나 1974년경, 스탠리 위팅엄과 그의 연구팀은 에너지를 저장할 수 있는 최초의 리튬 이온 배터리를 개발했습니다. 하지만 그는 "좋은 반응을 얻지 못했습니다. 아마도 우리 제품이 너무 일찍, 시대를 너무 앞서 나간 것 같습니다."라고 말하며, "주목받지 못했기" 때문에 8~10년 동안 연구를 중단해야 했다고 밝혔습니다.
그는 처음에는 이 유형의 배터리가 주로 블랙박스와 일부 시계에 사용되었다고 솔직하게 말했습니다. 이후 몇몇 대형 제조업체들이 이 기술의 필요성을 깨달았습니다. 예를 들어 소니는 이 기술을 자사 제품에 통합하고자 그를 찾아왔고, 그 이후로 이 유형의 배터리는 더욱 널리 알려지게 되었습니다.
보 반 트엉대통령 (왼쪽)이 VinFuture 2023 상 수상자 4명과 스탠리 휘팅엄 교수(가운데)에게 상을 수여하고 있다. 사진: 지앙 휘
그의 공헌은 황화티타늄 판 사이에 리튬 이온을 두면 전기가 생성되고, 리튬의 막대한 에너지를 이용하여 최외각 전자를 방출한다는 것을 발견한 것입니다. 스탠리 교수는 배터리 기술의 핵심은 에너지를 저장하고 빠르게 충전할 수 있다는 것이라고 설명했습니다. 이는 모두가 원하는 특징입니다. 이 배터리 기술의 원리는 마치 여러 겹의 층으로 이루어진 샌드위치와 같습니다. 가운데에는 리튬 화합물이 있는데, 충전할 때는 리튬을 빼내 충전한 후 다시 그 층들 사이에 밀어 넣는 방식입니다.
그는 전극 삽입(intercalation) 개념을 개척했습니다. 또한 다중 전자 삽입 반응을 적용하여 배터리의 안정성과 용량을 향상시킴으로써 배터리의 구조적 안정성과 사이클 용량을 개선하는 데 주력했습니다.
초기 핵심 멤버 6~8명에서 점차 규모를 확대하여 물리학자와 재료 과학자를 포함한 공동 연구진을 포함하여 약 30명으로 늘어났습니다. 그러나 스탠리 씨는 연구 과정이 항상 순탄했던 것은 아니며, 배터리 연구가 더 이상 화두가 되지 않았던 시기도 있었다고 말했습니다.
하지만 이제 리튬 이온 배터리는 휴대폰, 시계, 컴퓨터부터 자동차, 심지어 태양광 및 풍력 에너지를 생산하는 대기업에 이르기까지 배터리가 필요한 모든 것에 적용되고 있습니다. "20년 전에 은퇴했어야 했지만, 오늘 이 자리에 앉아 빈패스트처럼 전기차, 전기 버스, 전기 오토바이에 배터리를 사용하는 전기 자동차가 점점 더 많아지는 것을 보게 될 줄은 몰랐습니다."라고 그는 말했습니다.
스탠리 휘팅엄. 사진: 푸옥 반(Phuoc Van)
스탠리 휘팅엄은 최초의 리튬 이온 배터리 개발 공로로 존 굿이너프(텍사스 대학교), 요시노 아키라(메이조 대학교)와 함께 2019년 노벨 화학상을 공동 수상했습니다. 노벨 재단에 따르면, 리튬 이온 배터리는 1991년 시장에 출시된 이후 인류의 삶에 혁명을 일으켜 무선 및 화석 연료 없는 사회의 기반을 마련했습니다. 또한 리튬 이온 배터리의 개발은 전기 자동차의 탄생을 가능하게 했고, 무선 통신 기술의 발전을 촉진했습니다.
그는 리튬 배터리가 환경 문제로부터 "지구를 구한 영웅"인지 시험해 볼 시간이 더 이상 없다고 농담했습니다. 하지만 그는 과학 경력 내내 배터리와 환경 분야의 지속가능성에 관심이 있었다고 말했습니다. 배터리는 더 적은 에너지로 생산되어야 하며, 한 나라에서 다른 나라로 수천 마일을 운송하는 데도 많은 에너지가 소모됩니다. 따라서 그는 각 지역과 국가가 자체적으로 리튬 배터리를 생산할 수 있기를 바랐습니다.
고갈될 수 있는 희귀 금속을 사용하는 리튬 배터리에 대한 질문에 스탠리 휘팅엄 교수는 아동 노동을 필요로 하는 금속 사용을 피하는 것을 목표로 한다고 답했습니다. 니켈은 여전히 널리 사용되고 있는 반면, 인산염은 에너지 밀도는 낮지만 가격이 저렴하기 때문에 니켈 사용을 장려하는 데 주력하고 있습니다. 그는 또한 반도체를 효율적으로 사용한다면 배터리 사용량이 줄어들 것이라고 강조했습니다. "10년 전에는 컴퓨터를 사용할 때 컴퓨터가 뜨거워지는 현상을 자주 보았지만, 지금은 컴퓨터에 사용되는 반도체가 훨씬 효율적으로 작동하기 때문에 이러한 현상을 거의 볼 수 없습니다."라고 그는 말했습니다.
스탠리 휘팅엄은 1988년 빙엄턴 대학교에 부임한 후 현재 교수로 재직하고 있습니다. 그가 소속된 연구 그룹에는 선임 과학자들이 있으며, 젊은 연구자들을 찾고 있습니다. 그는 이들과 교류하기를 희망합니다. 세 번째 베트남 방문에서 그는 젊은 과학자들에게 두 가지 조언을 했습니다. 첫째, 항상 자신에게 흥미롭고 흥미로운 주제를 연구하고, 둘째, 돈에 너무 집착하지 말라는 것입니다. 셋째, 어려운 분야에 기꺼이 투자하고, 위험을 감수하는 자세를 가지며, 지나치게 보수적이지 말라는 것입니다.
누 퀸
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