요시노 아키라

요시노 아키라(よしのあきら, 吉野彰, Yoshino Akira)

요시노 아키라(よしのあきら, 吉野彰, Yoshino Akira)는 일본의 화학자이자 엔지니어로 최초의 안전하고 양산이 가능한 리튬이온배터리의 발명 및 상용화를 실현하여 2019년 존 구디너프, 스탠리 휘팅엄과 함께 노벨 화학상을 수상하였다.

생애

요시노 아키라는 1948년 1월 30일 일본 오사카부(大阪府) 스이타시(吹田市) 출생하였으며 1970년 교토대학 공학부 석유화학과 학사를 졸업하고 1972년 석사 학위를 수여받았다. 1972년 화학 업체인 아사히카세이(Asahi Kasei)에 입사하여 1994년 리튬 이온 배터리 기술 개발과장을 거쳐 1997년 사업추진실장이 되었다. 2003년 아사히 카세이 기술개발센터 연구원 신분으로 2005년 오사카대학 공학박사 학위를 취득하고 요시노 연구소의 소장이 되었다. 일생의 대부분을 아사히카세이 샐러리맨 연구원으로 지냈으며 2019년부터 아사히카세이 명예 연구원이자 메이조대학 교수로 임명되었다.

요시노 아키라는 1981년 아사히카세이 신사업 연구개발팀에서 재충전 배터리 연구에 매진하던 중 미국의 화학자 존 구디너프가 4V 전압의 배터리를 개발한 사실을 접했다. 리튬 이온 배터리는 음극(-)과 양극(+)의 두 전극 사이에 전자(e-)가 이동하여 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치인데 존 구디너프 박사가 음극 소재로 사용한 금속 리튬배터리는 폭발 위험성(쇼트 현상)으로 상용화가 어려웠다. 1985년 요시노 박사는 반응성이 높은 리튬 금속 대신에 리튬 이온을 삽입할 수 있는 탄소 재료인 석유 코크스(petroleum cokes)로 대체하였다. 음극 소재는 석유 코크스로 양극 소재는 구디너프 박사가 사용한 리튬코발트산화물(Lithium cobalt oxide, LiCoO2)로 리튬 이온 배터리를 개발해 특허를 취득했다. 1991 그가 개발한 리튬이온 배터리는 아사히 카세이 합작 투자회사인 AT&T 배터리가 대량 생산하고 소니에서 출시한 세계 최초의 상용 리튬 이온 배터리(LiB)로 이어졌다.

요시노 아키라 박사는 재충전 배터리 개발 역사의 계보를 잇는 스탠리 휘팅엄 및 존 구디너프와 함께 2019년 노벨화학상을 수상했다. 리튬 이온 배터리는 휴대전화, 노트북, 전동 공구, 디지털 카메라 등의 소형 전자기기와 태양광 및 풍력 발전을 위한 재생에너지에 필수적이며 전기 자동차의 배터리로 각광받는다. 노벨위원회는 화석연료 없는 깨끗한 무선 사회의 토대를 마련해 인류에게 혜택을 주었다고 평가했다. 아키라 박사는 그밖에 2011년 일본 재료과학기술진흥재단의 야마자키 데이이치상, 2014년 찰스 스타크 드레이퍼(Charles Stark Draper)상, 2018년 일본국제상, 2019년 유럽 발명가상, 2019년 일본문화훈장 등을 받았다.

주요 경력

• 1960년 : 스이타 시립 센리 제2초등학교 졸업
• 1963년 : 스이타 시립 제1중학교 졸업
• 1966년 : 오사카 부립 기타노 고등학교 졸업
• 1970년 : 교토 대학 공학부 석유화학과 졸업
• 1972년 03월 : 교토 대학 대학원 공학연구과 석유화학 전공 석사과정 수료
• 1972년 04월 : 아사히케세이 공업(주) 입사
• 1982년 10월 : 아사히카세이(주) 가와사키 기술연구소
• 1992년 03월 : 아사히카세이(주)이온 이차 전지 사업 추진부 상품 개발 그룹장
• 1994년 08월 : 도시바 배터리 기술 개발 담당 부장
• 1997년 04월 : 아사히카세이(주)이온 이차 전지 사업 그룹장
• 2001년 05월 : 욱화성(주) 전지재료사업개발 실장
• 2003년 10월 : 아사히 카세이 그룹 펠로우
• 2005년 03월 : 오사카 대학 대학원 공학 연구과 박사 (공학) 취득
• 2005년 08월 : 아사히 카세이(주)요시노 연구실 실장
• 2010년 04월 : 기술 연구 조합 리튬이온전지 재료평가연구센터 이사장(현재)
• 2015년 10월 : 아사히 카세이(주) 고문
• 2017년 07월 : 메이조 대학 대학원 이공 학연구과 교수(현재)
• 2017년 10월 : 아사히 카세이(주) 명예 연구원(현재)
• 2018년 04월 : 규슈 녹색 기술 연구소 객원 교수(현재)

주요 성과

리튬이온전지의 구조

요시노 아키라는 교토대학 대학원을 졸업한 뒤 아사히카세이에 입사한 그는 전지 연구개발 부문 책임자를 맡으며 충전할 수 있는 전지 개발에 천착해왔다. 요시노는 충전지의 소형화와 경량화를 위해 노력했다. 1981년 2000년 노벨 화학상 수상인 시라카와 히데키(白川英樹) 박사가 발견한 도전성고분자(전기가 통하면서도 금속에 비하여 가볍고 가공성이 우수한 플라스틱)를 응용할 신사업을 찾던 중 시라카와 박사의 연구 결과에서 힌트를 얻어 리튬이온전지 개발을 시작했다. 리튬이온 전지 개발의 또 다른 계기가 된 것은 사무실 대청소 중 찾아낸 논문 한 편이었다. 2019년 요시노 아키라와 노벨 화학상을 함께 타게 된 존 구디너프 박사의 논문으로 코발트산 리튬은 전지의 정극에 사용할 수 있지만 반대의 부극에 쓸 재료가 없다는 내용이 눈에 들어왔다. 이 논문을 토대로 정극에 코발트산 리튬을 부극에 시라카와 씨의 연구에서 힌트를 얻은 폴리아세틸렌을 사용했더니 전지의 성능이 눈에 띄게 좋아졌고 이는 1985년 리튬이온전지의 원형 완성으로 이어졌다. 요시노 박사는 반응성이 높은 리튬 금속 대신에 리튬 이온을 삽입할 수 있는 탄소 재료인 석유 코크스(petroleum cokes)로 대체하였다. 석유 코크스를 음극 테스트한 후, 리튬이온을 함침할 수 있는 다양한 탄소계 음극물질들이 개발되었다. 이런 탄소계 물질은 흑연(C6) 초기 상태에 리튬이 존재하지 않기 때문에 리튬을 함침하고 있는 양극물질을 반드시 사용해야 한다. C6 + LiCoO2 ↔ LixC6 + Li1-xCoO2와 같은 화학반응을 이용해 리튬을 함침하고 있는 고체 산화 전이금속을 함께 사용함으로써 상용화가 가능해졌다. 리튬을 음극으로 사용하는 대신, 리튬이온을 함침할 수 있는 음극 물질을 사용하면서, 리튬이온이 음극 물질과 양극 물질을 오가는 형태로 구성된 전지가 구현되었고, 이를 리튬전지와 구분하여 리튬이온전지라고 부르게 되었다. 전지의 기본 구조를 확립한 85년엔 특허 출원을 했고 이를 활용해 1991년 소니가 세계 최초로 노트북과 휴대전화 등에 리튬이온 전지를 채택했다. 그후 파나소닉, 산요전지 등이 세계 시장을 석권했다. 리튬이온전지는 기존에 존재하던 이차전지(납축전지, 니켈수소)와 비교했을 때 에너지 저장 용량과 수명이 훨씬 뛰어나다. 물론 처음 리튬이온전지가 개발되었을 때는 가격이 비싸고 수요처가 없어서 고전을 면치 못했던 시절도 있었다. 하지만 점차 휴대용 전자기기의 필요성이 증가하면서 리튬이온전지의 장점이 빛을 발하기 시작했다. 휴대용 기기를 작동시키는데 니켈-메탈 수소 전지가 약 3개 필요했다면, 리튬이온전지는 1개만 있어도 충분했다. 부피를 줄여 휴대성을 극대화하기 위한 경쟁에서 리튬이온전지에 대한 수요는 폭발적으로 증가했다.

수상 경력

• 1999년 03월 : 일본 화학회 화학기술상
• 1999년 10월 : 미국 전기화학회 배터리 부문 기술상(Technical Award of Battery Division)
• 2001년 04월 : 신기술개발재단 이치무라 산업상 공로상
• 2001년 10월 : 발명협회 간토 지방 발명 표창 문부과학대신 발명장려상
• 2002년 06월 : 발명협회 일본 전국 발명 표창 문부과학대신 발명상
• 2003년 04월 : 문부과학성 문부과학대신상 과학 기술 공로자
• 2011년 11월 : 재료과학기술진흥재단 야마자키 데이이치상
• 2012년 06월 : 미국 IEEE "IEEE 환경안전기술 훈장"(IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies)
• 2013년 06월 : 러시아 글로벌 에너지상
• 2013년 11월 : 카토 과학 진흥회 카토 기념상
• 2014년 02월 : 미국 기술 아카데미 찰스 스타크 드레이퍼상
• 2018년 04월 : 국제과학기술재단 일본국제상(Japan Prize)
• 2018년 06월 : 주니치 문화상
• 2019년 06월 : 유럽 특허청 유럽 발명가상 비유럽부문
• 2019년 12월 : 노벨 화학상

참고자료

• 〈요시노 아키라〉, 《위키백과》
• 〈요시노 아키라〉, 《나무위키》
• "Akira Yoshino", wikipedia
• 〈요시노 아키라(Yoshino Akira, 吉野彰)〉, 《네이버 지식백과》
• 김병규, 〈고고학이 리튬전지 개발로 이어졌다…日노벨상 수상자 이색이력〉, 《연합뉴스》, 2019-10-10
• 김상진, 〈'리튬전지' 상업화한 요시노…노벨상 받은 27번째 일본인〉, 《중앙일보》, 2019-10-09
• 김영식, 〈리튬이온전지의 원리와 탄생, 그리고 노벨상〉, 《과학의 지평》, 2020-03-25

같이 보기

• 리튬이온배터리
• 존 구디너프
• 스탠리 휘팅엄
• 아사히카세이
• 소니

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