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[온누리]리튬의 진화

기사 작성: 새전북신문 - 2025년 10월 12일 14시26분

리튬은 우주에서 가장 가벼운 금속이다. 알칼리금속 중 나트륨이나 칼륨과는 달리 광석에서 발견되었기 때문에 ‘돌’을 뜻하는 그리스어 리토스(lithos)를 어원으로 리튬이라고 불리게 되었다. 리튬은 순수한 광물 자체로는 자연에 존재하지 않는다. 또 밀도는 낮지만, 반응성이 매우 강한 특성을 지니고 있다.

1817년 스웨덴 화학자인 요한 아르프베드손이 운모와 휘석을 분석하던 중 리튬의 존재를 발견했다. 이듬해 영국의 브란드와 데이비가 전기분해를 통해 리튬을 얻는 데에 성공한다. 그러나 상업적인 성공까지는 100년 넘게 걸렸다. 1923년에야 독일 금속회사 GEA에 의해 리튬 대량 생산의 길이 열린 것이다.

2차대전 직후까지 리튬은 주로 윤활제나 유리 공업에 쓰였다. 그러다 리튬에서 나오는 삼중수소로 수소폭탄을 만들 수 있다는 것이 밝혀지면서 미국의 전략적 자원이 된다. 리튬 산출량이 엄청나게 늘어났다. 더구나 삼중수소의 반감기가 짧아 1953년부터 1963년까지 미국은 리튬을 대량으로 비축했다.

냉전의 종식으로 수소폭탄의 필요성이 낮아지자, 1993년부터 리튬을 시장에 내놓기 시작했다. 다시 리튬은 상업적 주목을 받았다. 질소와 반응하기에 기체에서 질소를 추출하는 데 활용했다. 합금에도 탁월한 성능이 있어 리튬을 만난 금속은 항장력과 강도, 탄력성이 좋아진다. 또 가벼워져 항공과 우주 기기 재료로 쓰인다.

휴대용 전자기기가 출현하면서 리튬의 가치는 더욱 높아졌다. 리튬이 휴대기기 에너지원이 된 것이다. 초기에는 음극이 금속 리튬으로 이루어져 있어 안전성이 낮았으나, 1981년 벨연구소가 흑연 음극으로 바꾸면서 안정성을 높였다. 그리고 1991년 소니에 의해 최초 상업용 리튬이온전지가 출시된다.

리튬이온전지의 출현은 가전제품은 물론 자동차와 항공 분야에 혁명을 일으켰다. 휴대폰을 비롯한 모바일 기기와 노트북, 드론을 비롯한 항공기기는 모두 리튬이온전지로 상용화됐다. 내연 기관을 탈피해 오로지 배터리의 힘으로만 운행되는 전기 자동차 역시 리튬이 있었기에 가능했다.

그러나 리튬은 전자 반응에 민감해 폭발 가능성이 높다. 화재로 주변 온도가 높아지면, 더욱 폭발력이 증가하는 포지티브 피드백에 걷잡을 수 없게 된다. 이번에 일어난 국가정보자원관리원 화재는 전지를 옮기는 과정에서 폭발로 화재가 나, 높아진 온도에 전지들이 연쇄적으로 폭발해 피해를 키웠다.

리튬이온전지는 일본에서 먼저 생산됐지만, 현재 최고 기술력과 생산력을 갖춘 나라는 대한민국이다. 최근 부산대 연구팀이 흑면을 대체할 딥코팅 기반 초박막 음극을 개발했다고 한다. 제조단가는 20~30% 낮추면서 에너지 밀도를 40~60% 향상시키는 기술이다. 머리카락 절반 정도 두께의 전지가 2천 시간 이상 안정적으로 작동하게 될 것이라고 한다.

현재 리튬이온전지는 연평균 25% 이상 고성장을 이어가고 있다. 2030년에는 300억 달러, 우리 돈 약 430조 이상 이를 것으로 보고 있다. 새로 개발되는 첨단 제품들이 리튬이온전지를 장착하게 되는 만큼 더 안전하고, 효율성이 높은 방향으로 리튬이 진화되었으면 한다.

/김판용(시인·전북대학교 특임교수)

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