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2019/02/21 인터뷰 > 교수

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[스페셜토크Ⅰ] 세계 상위 1% 연구자의 ‘배터리’ 열정

선양국 에너지공학과 교수

사자뉴스

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/RhUt

내용
2차전지 소재 분야에서 세계적인 권위자로 꼽히는 선양국 교수가 논문 피인용 수에서 3년 이내 노벨상 수상자의 평균치를 넘어설 연구자로 선정됐다. 이러한 학문적 평가를 받을 수 있었던 것은 남들이 가지 않은 길을 묵묵히 걸어온 뚝심 덕분이었다. 이는 노벨상 수상자들의 공통점이기도 하다.
글. 박영임 사진. 안홍범

▲ 선양국 에너지공학과 교수

정량할 수 없는 노벨상의 시간


17.1년과 14.1년. 이는 노벨상을 잉태하는 시간이다. 지난해 한국연구재단이 최근 10년간 노벨과학상 수상자들의 논문을 바탕으로 조사한 결과, 노벨상 수상자들이 핵심 논문을 완성하는 데 걸린 시간은 17.1년인 것으로 나타났다. 또 논문 발표 후 노벨상을 수상하기까지 걸린 연구 기간은 평균 14.1년이었다. 결국 노벨상을 수상하는 데 무려 31.2년의 시간이 걸린다는 말이다. 이와 함께 한국연구재단은 연구 생산력과 영향력, 3대 과학저널 중 2편 이상 논문을 게재하고 상위 1% 저널에 10편 이상 논문을 게재한 이력 그리고 논문 피인용 수를 기준으로 노벨상 수상자 이력에 근접한 연구자 13인도 발표했다.
명단에는 에너지공학과 선양국 교수의 이름도 올랐다. 이미 전 세계 상위 1% 연구자로 거론되는 선 교수가 저명 국제 학술지에 발표한 논문 수는 550여 편, 피인용 수는 4만 여 건에 이른다. 한국에서도 드디어 노벨상 수상자가 탄생하지 않을까 기대하게 되는 대목이다. 하지만 노벨상 수상자들의 결실을 그저 몇 개의 수치로만 정량화할 수는 없는 일. 31.2년의 시간, 그 훨씬 전부터 노력과 열정의 세월을 켜켜이 쌓아야 했을 것이다. 이를 테면 선 교수의 연구실 책장에 꽂혀 있는 빛이 바래 누레질 대로 누런 대학노트 뭉치들처럼 말이다.
“학생 때 썼던 아주 오래된 노트들입니다. 제 지식과 연구가 여기서 출발했다고 할 수 있죠.”

 

세계 최고 수준의 배터리 기술을 지켜라


선양국 교수는 노벨상을 수상하는 데 필요한 덕목으로 가장 먼저 독창성을 꼽았다.
“제 연구 역량이 노벨상 수상자와 비교되는 게 부담스럽긴 합니다만, 노벨상을 수상하려면 남이 따라할 수 없는 연구, 즉 새로운 학문 분야를 개척해야 한다고 생각합니다.”
선 교수의 주 연구 분야는 리튬이온 전지용 양극재와 차세대 전지의 소재를 개발하는 것. 한양대로 부임한 2000년부터 본격적으로 연구를 시작했으니 벌써 20년 가까이 됐다. 당시는 지금처럼 배터리에 주목하는 연구자가 많지 않았다. 하지만 그는 앞으로 양극재가 중요한 소재가 되리라는 것을 연구자의 통찰로 직감했다.
리튬이온 전지용 양극재는 전기차의 치명적인 단점인 짧은 주행거리와 고가의 가격을 한 번에 잡을 수 있는 결정적 열쇠다. 전기차 생산 비용의 60%를 소재가, 그중 양극재가 44%를 차지한다. 따라서 양극재 소재 비용을 줄이면 전기차 가격을 좀 더 대중화할 수 있다. 이렇게 가격도 낮추고 배터리 용량도 높이려면 니켈함량을 늘려야 하는데, 그러면 열 때문에 안정성과 수명이 떨어지는 문제가 발생한다. 즉 용량과 안정성 및 수명은 반비례 곡선을 그린다.
“대부분의 연구자들은 배터리의 방전 용량을 높이면 열적 안정성과 수명이 떨어지는 것을 당연히 여겼습니다. 그래서 다들 시도조차 하지 않았죠. 하지만 저는 저만의 방법으로 이 문제를 해결하고 싶었습니다.”
선 교수의 독창성은 ‘농도 구배형(Gradient) 양극재’를 구상하면서 빛을 발했다. 이는 중심부의 니켈 함량을 높이되 표면으로 갈수록 망간 함량을 높이는 방식을 말한다. 이렇게 하면 니켈 함량을 높여 용량을 높일 수 있고, 표면은 망간 함량이 높아 안정적이다. 현재 농도 구배형 양극재는 5세대까지 발전했다. 3세대 양극재(FCG)는 유럽에 수출되는 전기자전거에, 2세대 양극재(CSG)는 1회 충전에 385㎞까지 달릴 수 있는 기아의 전기차 ‘니로EV’에 상용화됐다.
“평소 학생들에게도 독창성을 강조하는 편입니다. 그런데 틀리면 어쩌나 걱정하는 학생들이 많은 것 같아요. 틀려도 좋으니 남이 하지 않는 생각을 많이 하면 좋겠습니다.”
아울러 이렇게 독창적인 기술을 잘 지키는 것도 공학자의 몫이라고 강조했다. 그래서 신기술을 개발하면 논문 발표와 동시에 세계 각국에 특허 등록을 추진하고 있다. 선 교수의 특허 등록 건수는 370여 건에 이른다.
“배터리 양극재에 대해선 세계 최고 기술이라 자부합니다. 배터리는 반도체를 잇는 우리나라의 차세대 먹거리가 될 것입니다. 하지만 중국이 빠르게 쫓아오고 있습니다. 배터리 시장을 지킬 수 있도록 학교와 정부의 전폭적인 지원이 절실합니다.”

 

독창성과 끈기로 걸어온 연구자의 길


논문 피인용 수가 말해주듯 많은 연구자들이 선양국 교수의 연구에 주목하고 있다. 국내외 전기차 업계도 마찬가지다. 지금이야 상상이 가지 않지만, 국제 학술지에서 그의 논문을 실어주지 않던 시절도 있었다. 나노 열풍이 거셌던 연구 초창기, 당시 배터리 양극재에 대한 연구는 유행과는 한참 동떨어진 주제였던 것이다. 당연히 연구 지원금을 받기도 쉽지 않았다.
“제가 하고 싶은 연구라 묵묵히 했습니다. 한 분야의 연구를 꾸준히 할 수 있도록 정부 지원이 탄탄해야 노벨상을 받을 수 있는 기반이 마련될 겁니다. 일본 연구자들만 해도 20~30년씩 한 분야를 연구하거든요. 그렇게 오래 연구하면 전문가가 안 될 수가 없죠.”
현재 선 교수는 배터리 양극재 개발 연구를 지속하는 한편, 리튬이온 전지를 능가할 수 있는 차세대 배터리 소재를 개발하는 데도 높은 관심을 기울이고 있다. 노벨상보다는 공학자로서 자신이 개발한 기술이 실생활에 유용하게 쓰이기를 바랄 뿐이라는 선양국 교수. 유행에 휩쓸리지 않고 한 우물을 판 뚝심과 남들과 다르게 생각하는 독창성이 선 교수를 전 세계 상위 1% 연구자의 반열에 오르게 한 힘이다.


 
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