충전식 리튬을 실제로 발명한 사람은 누구입니까?

소니가 마침내 결승선을 통과하기 전에 많은 사람들이 배턴을 떨어뜨렸습니다.

50년 후 충전식 리튬이온 배터리의 탄생을 보면 그 가치를 쉽게 알 수 있습니다. 수십억 대의 노트북, 휴대폰, 전동 공구 및 자동차에 사용됩니다. 전 세계 매출은 연간 450억 달러를 넘어섰고, 향후 10년 안에 1,000억 달러를 넘어설 것입니다.

그러나 이 혁신적인 발명품이 실험실에서 나오는 데 거의 20년이 걸렸으며, 미국, 유럽, 아시아의 수많은 기업이 기술을 고려했지만 그 잠재력을 인식하지 못했습니다.

1972년 엑손에서 M. Stanley Whittingham이 개발한 첫 번째 반복은 멀리 가지 못했습니다. 엑손이 소량 생산해 1977년 시카고에서 열린 전기 자동차 쇼에 등장했고 잠시 코인셀 배터리로 사용됐다. 그러나 엑슨은 이를 포기했다.

전 세계의 다양한 과학자들이 연구 노력에 참여했지만 약 15년 ​​동안 성공하기 어려웠습니다. 적절한 시기에 적절한 회사에 개발이 이루어지고 나서야 마침내 배터리 세계 지배의 길을 걷기 시작했습니다.

요시노 아키라(Akira Yoshino), 존 구디너프(John Goodenough), 스탠리 위팅엄(M. Stanley Whittingham)(왼쪽부터)이 2019년 노벨 화학상을 공유했습니다. 97세의 구디너프는 노벨상 역사상 가장 나이 많은 수상자였습니다. 요나스 엑스트로머/AFP/게티 이미지

1970년대 초 엑슨 과학자들은 전 세계 석유 생산량이 2000년에 정점에 달한 뒤 꾸준한 감소세를 보일 것이라고 예측했습니다. 회사 연구원들은 석유를 사용하지 않는 모든 방식의 에너지를 추구하면서 석유 대체품을 찾도록 권장되었습니다.

젊은 영국 화학자 Whittingham은 1972년 가을 뉴저지의 Exxon Research and Engineering에서 이 탐구에 합류했습니다. 크리스마스까지 그는 티타늄-이황화물 음극과 리튬 이온을 사용하는 액체 전해질을 갖춘 배터리를 개발했습니다.

Whittingham의 배터리는 이전의 어떤 배터리와도 달랐습니다. 이는 호스트 전극 재료의 원자 격자에 이온을 삽입하는 방식으로 작동했는데, 이 과정을 인터칼레이션(intercalation)이라고 합니다. 배터리 성능도 전례가 없는 수준이었습니다. 충전이 가능하고 에너지 출력도 매우 높았습니다. 그 때까지 최고의 충전용 배터리는 최대 1.3V의 출력을 내는 니켈 카드뮴이었습니다. 대조적으로 Whittingham의 새로운 화학은 놀라운 2.4V를 생성했습니다.

1973년 겨울, 기업 관리자들은 엑슨 이사회의 소위원회에 참석하기 위해 휘팅엄을 뉴욕 시 사무실로 불러 모았습니다. Whittingham은 2020년 1월에 "그곳에 가서 설명했습니다. 5분, 최대 10분이었습니다. 그리고 일주일도 안 되어 그들은 이 사업에 투자하고 싶다고 말했습니다."라고 말했습니다.

최초의 리튬 층간 삽입 배터리인 Whittingham 배터리는 1972년 엑손에서 음극에 이황화티타늄을, 양극에 금속 리튬을 사용하여 개발되었습니다.Johan Jarnestad/스웨덴 왕립과학원

뭔가 큰 일이 시작되는 것 같았어요. Whittingham은 Science에 논문을 발표했습니다. 엑손은 동전형 전지 리튬 배터리를 제조하기 시작했고, 스위스 시계 제조업체인 Ebauches는 이 전지를 태양광 충전 손목시계에 사용했습니다.

그러나 1970년대 후반에 이르러 석유 대안에 대한 엑슨의 관심은 줄어들었습니다. 더욱이 회사 경영진은 Whittingham의 개념이 광범위하게 성공할 가능성이 낮다고 생각했습니다. 그들은 리튬 티타늄 이황화물에서 손을 씻어 3개의 배터리 회사(아시아, 유럽, 미국)에 기술 라이선스를 부여했습니다.

Whittingham은 “나는 그 일을 하는 이유를 이해했습니다.”라고 말했습니다. “시장은 충분히 크지 않을 것입니다. 우리의 발명은 너무 이르다.”

1976년 John Goodenough(왼쪽)는 옥스퍼드 대학교에 입사하여 최초의 리튬 코발트 산화물 음극 개발을 이끌었습니다.텍사스 대학교 오스틴

이는 충전식 리튬 배터리의 많은 잘못된 시작 중 첫 번째였습니다. 옥스퍼드 대학교의 John B. Goodenough가 지휘봉을 잡은 다음 과학자였습니다. Goodenough는 Whittingham의 연구에 대해 잘 알고 있었는데, 부분적으로는 Whittingham이 박사 학위를 취득했기 때문입니다. 옥스포드에서. 그러나 1978년 Whittingham이 쓴 "삽입 화합물의 화학: 칼코게나이드 호스트의 금속 손님"이라는 논문에서 Goodenough는 배터리 연구의 최첨단이 리튬이라고 확신했습니다. [구디너프는 6월 25일 100세의 나이로 세상을 떠났습니다.]