리튬이온전지 발명 이야기 - 요시노 아키라

 

이 책의 저자인 요시노 아키라는 리튬이온전지를 발명한 공로로 2019년 노벨화학상을 수상한 사람이다.

그는 이 책을 통해 전지의 작동원리, 본인이 리튬이온전지를 발명하면서 있었던 이야기 그리고 마지막으로 가까운 미래에 일어날 사회의 변화에 대해 말하고있다. 

 

전지의 작동원리는 인터넷에도 충분히 다루고 있고, 일본 원서의 제목인 "전지가 일으킨 에너지 혁명"(DENCHI GA OKOSU ENERGY KAKUMEI)인 것을 보았을 때 그가 이 책으로 우리에게 전하고 싶은 내용이 2차 전지로 야기되는 미래의 변화가 주된 목적이기 때문이기도 하다.

 

1972년 아사히카세이라는 현재는 2차전지 소재로 유명한 회사에 입사를 하게된다. 그는 연구원으로써 새로운 물질로 사회적 니즈를 충족시키고 제품화가 가능한 새로운 제품개발 업무를 부여받았다. 요시노 아키라가 리튬이온전지 개발을 하게된 것은 그가 입사하고 10년이 지난 1981년 부터였다. 그것도 개발 초창기에는 전기가 통하는 플라스틱과 같은 '전도성 고분자'분야였다.

 

'전도성 고분자' 분야 연구를 통해 리튬이온전지를 개발한 공로로 노벨 화학상을 수상할 수 있게 해준 바탕에는 그 이전의 두 명의 일본인 노벨 화학상 수상자들이있었다. 후쿠이 켄이치가 창시한 이론인 '프론티어 전자론'을 통해 시라가와 히데끼까 폴리아세틸렌을 합성하게 되었고 이 물질의 특징 중 하나인 "전기화학적으로 이온과 전자의 입출입이 가능함"이라는 특성에 흥미를 느낀 저자는 이것을 2차 전지의 재료로 사용할 생각을 하게된다.

 

최근 전고체 배터리로 인해 음극재 재료로 주목을 받고있는 금속리튬은 사실 요시노 아키라가 2차 전지를 개발하기 전부터 음극 재료 후보로써 거론되었다. 하지만 리튬의 높은 반응성으로 인해 상용화 할 수 없었고 저자는 폴리아세틸렌을 음극 재료로 대체할 수 있을것이라고 생각했다. 그런데 당시 연구자들은 금속리튬을 음극재로 고려한 상태로 양극재를 선정하였기 때문에 음극재가 다른 재료로 치환되는 순간 양극재로 사용될 후보가 사라져 그의 연구는 진행되지 않는 듯 했다. 

 

그러던 중 운명처럼 1982년 말일 그는 후에 그와 노벨상을 공동으로 수상하게 되는 존 굿이노프교수가 작성한 논문을 우연히 읽게되었고 그 논문에는  '코발트산 리튬이라는 화합물이 2차전지 양극이 될 수 있으나 조합할 수 있는 적절함 음극이 없다'는 내용이 적혀있었다. 그가 양극 재료를 찾는 동안 미국의 교수는 음극재료를 찾고있었던 것이다. 그는 코발트산 리튬을 합성하여 시험 전지를 제작했고 이것을 기반으로 특허를 출원하였다. 이후에도 여러가지 장애물을 만났지만 그것을 하나하나 해결해 가면서 현재의 리튬산화물과 탄소를 기반으로한 리튬이온전지를 완성하였다.

 

우리의 단군신화에 해당하는 일본의 건국설화에는 아마테라스라는 태양신이 현재의 일본왕가의 시조에게 칼, 곡옥, 거울로 구성된 3신기를 내려주었다고 한다. 이 3신기를 변형하여 앞으로 발전하게 될 분야인 '3가지 신기'와 이전 필름카메라의 쇠락과 같이 새로운 발전분야의 등장으로 인해 쇠퇴하게 될 '3가지 둔기'를 소개하고 있다. 그가 주장하는 3가지 둔기와 3가지 신기는 백열전등, ICE(내연기관), 교류전송 / 파워IC, AI, 2차전지 분야이다. 지금 글이 작성되는 2021년에는 너무나 당연하게 느껴질 수도 있지만 저자가 이 책을 작성한 연도가 2017년이라는 것을 고려 해 보면 기술발전의 방향을 매우 정확히 예측했다는 것은 놀라움으로 다가왔다. 

 

2차전지 산업에 대한 이해를 위한 용도로써도, 그가 과학자이자 장인으로써 리튬이온전지를 개발하면서 겪었던 고난들을 처리해 가는 과정을 엿보는 목적으로도, 미래의 기술발전 방향 알고싶은 욕구를 충적시키는 도구로써도 훌륭한 책이라고 생각된다. 내가 요약한 내용 이외에도 좋은 내용이 많으니 시간을 내어 읽어보시길 적극 추천드린다.