[ Cover Story ] 스탠리 휘팅엄 美 뉴욕 주립 大 빙엄턴 캠퍼스 교수 ` 리튬 이온 배터리 혁명 ` 주역 2019 노벨 화학 상 공동 수상 ` 리튬 이온 ` 대체 할 ` 리튬 메탈 ` 미래 배터리 연구 진행 중 모빌리티 혁명 앞당길 것 [ 사진 제공 = 미국 뉴욕 주립 대학교 빙엄턴 캠퍼스 ] " 2 차 전지 미래 는 누가 더 싸 게 , 더 많 은 에너지 를 채울 수 있 느냐 에 달렸 다 . " 2019 노벨 화학 상 공동 수상자 인 스탠리 휘팅엄 미국 뉴욕 주립 대학교 빙엄턴 캠퍼스 교수 는 최근 매일 경제 와 전화 인터뷰 에서 배터리 미래 를 초 긍정 적 으로 내다봤 다 . 가령 그 가 현재 열심히 연구 중 인 ' 리튬 메탈 배터리 ' 만 해도 현존 하 는 배터리 사용 시간 을 2 배 이상 으로 끌어올리 는 작업 이 다 . 지금 보다 훨씬 값싸 고 , 오래 가 는 배터리 세상 이 생각 보다 빨리 찾아올 것 이 라는 게 그 가 내다본 미래 다 . 한국 기업 들 의 배터리 기술 을 높이 평가 하 고 있 는 휘팅엄 교수 는 그러나 필요 한 배터리 를 자국 에서 직접 생산 하 는 시대 가 곧 올 것 이 라고 봤 다 . 기술 이 발달 하 면서 가격 이 떨어지 고 , 에너지 안보 가 중요 해 지 면서 배터리 도 자국 생산 체제 를 갖추 게 될 것 이 라는 얘기 다 . 휘팅엄 교수 는 " 배터리 업계 에서 중국 이 현재 생산 상위 를 차지 하 고 있 는 현상 은 향후 몇 년 동안 은 지속 될 것 " 이 라며 " 현재 배터리 대량 생산 을 위해서 는 단기간 에 집중 적 인 자본 투입 이 필요 한데 중국 이 이 분야 에서 는 강점 을 갖 고 있 기 때문 " 이라고 분석 했 다 . 그 는 그러나 " 이제 많 은 국가 들 이 자국 에서 배터리 생산 을 하 길 원한다 " 며 " 유럽 은 물론 이 고 , 호주 에서 도 자국 배터리 생산 을 선언 했 고 , 미국 도 곧 뛰어들 게 될 것 " 이라고 내다봤 다 . 미국 의 전기 차회 사 테슬라 가 네바다주 에 짓 고 있 는 세계 최대 의 리튬 이온 전지 공장 ' 기 가 팩토리 ' 가 완공 을 눈앞 에 두 고 있 기 때문 이 다 . 배터리 수출 강국 인 한국 과 일본 에 는 그만큼 큰 위협 인 셈 이 다 . 이 처럼 배터리 생산량 이 전 세계 적 으로 급증 하 면서 광물 가격 이 급등 하 는 것 도 배터리 의 안정 적 생산 을 위협 하 고 있 다 . 희귀 금속 코발트 뿐 만 아니 라 리튬 , 망간 , 니켈 등 원료 금속 가격 이 모두 뛰 고 있 기 때문 이 다 . 휘팅엄 교수 는 " 배터리 의 대표 적 인 원료 인 리튬 의 경우 , 생산량 자체 가 부족 하 지 는 않 지만 생산 속도 가 배터리 수요 를 따라가 지 못하 는 게 문제 " 라고 지적 했 다 . 대부분 의 리튬 은 남미 의 솔트 플랫 ( 바닷물 증발 로 침전 된 염분 으로 뒤덮인 평지 ) 에서 나온다 . 하지만 바닷물 을 증발 시켜 리튬 을 채굴 하 는 기간 이 약 24 개월 걸리 기 때문 에 , 리튬 생산량 을 늘리 기 위해서 는 앞 으로 도 2 ~ 3 년 이 더 걸릴 것 이 라는 게 그 의 전망 이 다 . 휘팅엄 교수 는 1970 년 대 엑손 연구실 에서 배터리 연구 를 하 던 시절 부터 ' 화재 전문가 ' 로 꼽혔 다 . 리튬 이온 전지 가 나오 기 전 인 당시 에 실온 에서 도 저항 이 없 는 전기 전달 소재 를 찾 기 위해 탄탈 , 이황화 티탄 , 칼륨 등 온갖 화학 합 물질 을 섞 는 실험 을 수차례 거듭 했 는데 , 그 과정 에서 화재 가 잇달 았 기 때문 이 다 . 최근 한국 배터리 시장 을 떠들썩 하 게 했 던 에너지 저장 장치 ( ESS ) 화재 에 대해서 도 묻 지 않 을 수 없 었 다 . 조심 스러운 질문 이 지만 그 는 익숙 하 다는 듯 의외 로 쉽 게 답변 을 건넸 다 . 휘팅엄 교수 는 " 한국 의 ESS 화재 얘기 많이 들 어 봤 는데 한국 뿐 만 아니 라 미국 에서 도 애리조나주 피닉스 등 에서 자주 일어난다 " 며 " 에어컨 등 을 설치 해 온도 를 일정 하 게 유지 시켜 줄 수 있 는 정온 장치 를 갖추 는 게 중요 하 다 " 고 강조 했 다 . 그 는 " ESS 시설 은 온도 가 섭씨 20 ~ 30 도 로 항상 유지 돼야 한다 " 며 " 미국 에서 는 온도 유지 를 위해 ESS 컨테이너 상부 에 대부분 에어컨 을 설치 하 도록 하 고 있 다 " 고 덧붙였 다 . 그 는 " 에어컨 등 공조 장치 무게 때문 에 ESS 컨테이너 구조물 을 안정 성 있 게 설치 해야 한다 " 는 점 도 일러 뒀 다 . 그 는 특히 " 안전 한 ESS 를 원한다면 , 반드시 소화 시스템 ( fire protection ) 이 구축 돼야 한다 " 며 " ESS 화재 가 발생 할 경우 일반 적 인 화재 와 달라 소방관 부상 등 이 나타날 수 있 기 때문 에 소방관 이 해야 할 일 과 하 지 말 아야 할 일 등 을 꼭 사전 에 교육 시켜야 한다 " 고 재차 강조 하 기 도 했 다 . [ 사진 출처 = 게티 이미지 뱅크 ] 배터리 연구 를 확 앞당겼 던 것 이 전기 차 라면 미래 배터리 는 전기 항공기 가 아닐까 싶 지만 그 는 이 분야 에 대해서 는 부정 적 이 었 다 . 얼마 전 미 항공우주국 ( NASA ) 은 개발 중 인 전기 비행기 ' X - 57 ' 모습 을 처음 공개 하 기 도 했 다 . 휘팅엄 교수 는 그러나 " 전기 비행기 로 서울 에서 제주 까지 가 는 건 가능 하 겠 지만 한국 에서 미국 은 못 간다 " 고 잘라 말 했 다 . 단거리 비행 은 가능 하 지만 장거리 는 불 가능 하 다는 얘기 다 . 역시 배터리 부피 와 무게 가 문제 였 다 . 휘팅엄 교수 는 " 보잉 777 기 를 전기 로 띄워서 3000 마일 을 가 려면 비행기 에 실어야 하 는 배터리 의 부피 와 무게 가 엄청나 기 때문 에 불 가능 하 다 " 면서 " 전력 과 내연 기관 에너지 를 동시 에 사용 하 는 하이브리드 차 처럼 하이브리드 비행기 는 가능 할 것 " 이라고 진단 했 다 . 현재 2 차 전지 는 저장 된 에너지 를 모두 쓰 고 나 서 도 무게 가 줄지 않 는다는 게 문제 다 . 가령 엄청난 배터리 를 싣 고 가 는 비행기 라도 배터리 잔량 에 따라 무게 가 줄어든다면 쓸 만 하 겠 지만 지금 은 그렇 지 가 못하 다 . 항공 유 처럼 사용 하 고 나 면 무게 가 줄어드 는 배터리 가 나오 지 않 는 한 비행기 의 동력원 으로 배터리 를 이용 하 기 는 어렵 다는 얘기 다 . 하지만 대안 은 있 다 . 휘팅엄 교수 는 수소 연료전지 비행기 를 대안 으로 꼽 고 있 다 . 그 는 " 미국 에서 도 수소 연료 충전 소 에 들어가 는 비용 이 엄청나 다 . 때문 에 개인 자동차 에 수소 연료 를 사용 하 는 것 은 힘들 것 " 이 라며 " 하지만 대형 트럭 이나 버스 , 선박 등 에 는 수소 연료전지 가 더욱 효율 적 일 것 " 이라고 내다봤 다 . 2 차 전지 시장 의 글로벌 선두 주자 인 한국 기업 들 이 배터리 의 미래 에 투자 한다면 어떤 곳 에 투자 를 해야 할까 . 스탠리 휘팅엄 미국 뉴욕 주립 대학교 빙엄턴 캠퍼스 교수 는 " 한국 이 만약 지금 당장 투자 한다면 니켈 등 소재 에 투자 하 라고 하 고 싶 다 " 며 " 아직 한국 기업 과 일 해 본 적 은 없 지만 기회 가 된다면 해 보 고 싶 다 " 고 말 했 다 . 휘팅엄 교수 는 현재 양극 재와 음극 재 분야 신 소재 를 연구 하 고 있 다 . 그 는 " 한국 기업 들 도 하이 니켈 양극 재 를 많이 연구 하 고 있 는 것 으로 알 고 있 다 " 며 " 현재 내 연구실 에서 는 100 % 퓨어 리튬 을 이용 한 리튬 메탈 전지 연구 를 진행 중 " 이라고 밝혔 다 . [ 사진 출처 = 게티 이미지 뱅크 ] 배터리 업계 에서 는 최근 에너지 밀도 를 높이 기 위해 니켈 함량 이 높 은 배터리 양극 재 연구 에 한창 이 다 . 니켈 · 코발트 · 알루미늄 이나 니켈 · 코발트 · 망간 등 을 섞 어서 니켈 비율 을 80 % 늘린 양극 재 를 상용 화 하 고 있 다 . 이른바 ' 하이 니켈 양극 재 ' 에 대한 연구 가 신 소재 연구 로 각광 받 고 있 다 . 하지만 가벼운 리튬 을 이용 하 면 원소 중 에서 배터리 의 용량 과 성능 을 획기적으로 개선 시킬 수 있 다 . 문제 는 안정 성 이 다 . 리튬 이 양극 과 음극 을 왔 다 갔 다 하 다가 음극 에 들어가 지 못하 고 겉 에서 쌓여서 금속 이 되 고 , 이게 결국 분리 막 을 뚫 고 양극 에 닿 아서 터지 는 등 안전 성 부분 에 문제 가 생기 기 때문 이 다 . 이 문제 를 해결 하 기 위한 연구 를 휘팅엄 교수 팀 이 하 고 있 다 . 현재 한국 을 비롯 한 글로벌 배터리 제조사 들 도 이 문제 때문 에 퓨어 리튬 을 쓰 기 보다 는 여기 에 전 고체 전지 를 섞 어서 안전 성 을 높이 는 기술 을 연구 하 고 있 다 . 전 고체 전지 는 양극 , 음극 을 왔 다 갔 다 하 는 통로 가 액체 ( 전해질 ) 가 아니 라 고체 이 기 때문 에 그만큼 배터리 안전성 이 높 다 . 휘팅엄 교수 는 " 음극 재 분야 에서 는 리튬 이온 배터리 의 기존 음극 재 소재 를 실리콘 으로 대체 하 는 연구 가 활발 하 다 " 며 " 현재 내 연구실 에서 도 캐나다 연구 진과 함께 실리콘 산화물 등 신 소재 를 연구 하 고 있 다 " 고 밝혔 다 . 현재 음극 재 에 쓰이 는 카본 그래 파이트 소재 를 대체 할 만 한 소재 를 찾 고 있 는 것 이 다 . 그 는 한때 리튬 에 어 전지 에 대한 학계 연구 가 활발 했 지만 에너지 밀도 가 낮 아 실패 했 다고 말 했 다 . 휘팅엄 교수 는 " 미래 2 차 전지 연구 의 성패 는 단위 면적 당 에너지 밀도 를 높이 면서 비용 을 낮추 는 연구 " 라며 " 이 를 위해 다양 한 소재 를 연구 해야 할 것 " 이라고 밝혔 다 . 현재 많 은 글로벌 이슈 를 낳 고 있 는 배터리 재 활용 문제 에 대해 그 는 " 많 은 기업 이 배터리 를 재 활용 하 겠 다고 하 지만 실제 잘 안 되 고 있 다 " 며 " 코발트 는 워낙 비싸 기 때문 에 이것 만 재 활용 되 고 있 다 " 고 지적 했 다 . 그 는 " 각국 정부 가 나서 서 ' 리튬 이온 전지 를 반드시 재 활용 해야 한다 ' 고 공표 하 기 전 까지 는 재 활용 되 지 않 을 것 " 이 라며 " 리튬 이온 전지 를 재 활용 하 기 위해서 는 모든 스마트폰 배터리 를 재 활용 해야 한다 " 고 단호 하 게 말 했 다 . 현재 인류 대부분 이 갖 고 있 는 스마트폰 배터리 가 재 활용 되 지 않 는다는 문제 를 지적 한 것 이 다 . ■ 리튬 전지 개발 노벨상 뒤 엔 기업 의 아낌없 는 투자 있 었 다 휘팅엄 교수 노벨상 받 기 까지 [ 사진 제공 = 미국 뉴욕 주립 대학교 빙엄턴 캠퍼스 ] 스탠리 휘팅엄 교수 는 영국 태생 으로 영국 중 동부 에 위치 한 링컨셔 에서 유년기 를 보냈 다 . 그 를 노벨 화학 상 으로 이끈 게 ' 무엇 ' 인지 를 물 었 더니 그 는 ' 사람 ' 이라고 답 했 다 . 마치 기자 가 그 의 어린 시절 을 알 고 있 기 나 한 듯 고등학교 시절 화학 선생 님 ( 메이저 램 ) 과 물리 선생 님 ( 스큅 스 보먼 ) 이름 을 연달 아 불러 주 던 휘팅엄 교수 는 " 그 당시 엔 컴퓨터 가 없 어서 모든 걸 직접 손 으로 실험 했 다 " 고 소회 했 다 . 기계 도움 없이 선생 님 과 직접 실험 하 며 배운 시간 들 이 휘팅엄 교수 에게 화학 에 대한 평생 흥미 를 안겨 줬 다고 답 했 다 . 휘팅엄 교수 는 고등학교 졸업 후 옥스퍼드 대 에 진학 해 화학 을 전공 했 다 . 이후 휘팅엄 교수 는 박사 후 연구 를 위해 미국 스탠퍼드 대로 건너가 그곳 에서 약 4 년 을 보냈 다 . 이때 부터 휘팅엄 교수 는 점차 화학계 에서 존재감 을 드러내 기 시작 했 다 . 1971 년 스탠퍼드 대 로버트 허긴스 교수 와 공동 집필 한 논문 이 미 전기 화학 학회 저널 에 게재 된 후 휘팅엄 교수 는 미국 전기 화 학회 에서 ' 신진 논문 저자 상 ' 을 받 는 등 두각 을 드러냈 다 . 하지만 막상 그 를 유명 하 게 만든 것 은 그 가 정유 회사 ' 엑손 ' 에서 연구 를 시작 하 면서 부터 다 . 엑손 은 1970 년 대 부터 석유 생산 이 피크 를 맞 을 때 를 대비 해 대체 에너지 를 연구 하 는 일종 의 벤처 회사 ' 엑손 엔터 프라이즈 ' 를 세웠 다 . 이 회사 에서 는 당시 유럽 과 미국 의 유명 연구 진 을 확보 했 고 , 휘팅엄 박사 연구 팀 도 여기 에서 실험 을 시작 했 다 . 이른바 석유 가 고갈 돼도 엑손 이 흑자 를 계속 내 기 위한 실험 에 들어간 것 이 다 . 휘팅엄 박사 팀 이 당시 온갖 실험 을 거쳐 천신만고 끝 에 발명 한 게 리튬 이 라는 원소 를 넣 은 2 차 전지 였 고 , 그 는 이 아이디어 를 들 고 허드슨강 을 건너 맨해튼 6 번가 에 있 는 엑손 본사 빌딩 으로 들어갔 다 . 그 가 리튬 전지 에 관한 연구 발표 를 마치 자 엑손 임원 들 은 이 물건 의 장래 성 을 감지 했 고 , 당장 생산 을 지시 했 다 . 엑손 은 남 들 이 모르 는 곳 에서 전지 를 생산 하 려고 1976 년 뉴저지 동부 공업 지대 에서 서쪽 으로 50 ㎞ 정도 떨어진 작 은 마을 브런치 버그 에 새롭 게 조성 된 공업 단지 에 최초 의 입주자 로 들어간다 . 당시 언론 은 " 석유 의 왕자 엑손 이 전지 사업 에 뛰어들 었 다 " 고 보도 하 기 시작 했 고 휘팅엄 박사 도 1976 년 이 발명품 을 사이언스 에 발표 했 는데 , 이게 결국 올해 노벨 상 에 이르 게 된 것 이 다 . 리튬 이온 전지 개발 은 엑손 의 아낌없 는 투자 때문 에 가능 했 던 것 이 다 . 과거 한 외신 과 인터뷰 하 면서 휘팅엄 교수 는 "( 엑손 에서 ) 돈 은 문제 가 되 지 않 았 다 . 엑손 은 석유 를 채굴 하 는 것 처럼 화학 연구 부문 에 투자 했 다 " 고 회상 하 기 도 했 다 . 이후 해당 산업 에서 계속 경력 을 쌓 은 휘팅엄 교수 는 1988 년 뉴욕 주립 대 빙엄턴 캠퍼스 의 화학 과 교수 로 부임 했 다 . 그 가 과거 한 인터뷰 에서 밝힌 빙엄턴 캠퍼스 를 선택 한 이유 는 한마디 로 " 사람 들 이 협업 할 수 있 는 규모 의 캠퍼스 였 기 때문 " 이 다 . 대 규모 종합 대학 보다 는 교직원 과 학생 들 사이 에 친밀감 이 남다른 중소형 규모 의 뉴욕 대 빙엄턴 캠퍼스 가 그 에게 더 잘 맞 았 다는 얘기 다 . 현재 78 세 인 휘팅엄 교수 는 지금 도 학교 연구실 에서 연구 를 진행 하 고 있 다 . [ 한예경 기자 / 윤선영 연구원 ] ▶ 매경 이 에 어 팟 프로 쏩니다 ! ' M 코인 '▶ 네이버 메인 에서 ' 매일 경제 ' 를 받 아 보 세요   ▶ 뉴스 레터 ' 매콤 달콤 ' 구독 [ ⓒ 매일 경제 & mk . co . kr , 무단 전재 및 재 배포 금지 ]