바야흐로 ‘코드리스’의 시대입니다. 이제는 우리 생활 깊숙이 자리하게 된 스마트폰과 태블릿PC, 노트북은 물론 거리에서는 무선 이어폰으로 음악을 듣는 사람을 쉽게 찾아볼 수 있게 되었습니다. 가정에는 무선 청소기가 대중화되었으며, 선풍기, 헤어드라이어, 믹서기 그리고 이동형 TV에 이르기까지 각종 무선 전자 제품이 시장에 선보여지고 있습니다. 이러한 라이프스타일의 변화를 이끈 것은 무엇보다도 리튬이온배터리의 역할이 컸는데요. 오늘은 이러한 변화의 주역이라 할 수 있는 리튬이온배터리의 핵심 소재, ‘리튬’에 대해 알아보겠습니다.
1817년, 스웨덴의 화학자 요한 아르프베드손(Johan August Arfwedson)은 광물의 일종인 페탈라이트(Petalite, 엽장석)에 대한 화학 분석을 하던 중 물 속에 집어넣으면 부글부글 끓어오르다 폭발하는 독특한 성질을 갖는 원소를 발견했습니다. 약 4% 정도 미지의 알칼리 금속이 포함되어 있던 것인데요. 당시 알려진 알칼리 금속(나트륨, 칼륨 등)이 생물계에서 널리 확인되었던 것과 달리 이 새로운 알칼리 금속 원소는 광물에서 발견되었기 때문에 돌, 암석을 뜻하는 그리스어 리토스(Lithos)에서 따와 리튬(Lithium)으로 명명되었습니다. 당시에는 이 원소를 제대로 분리할 수 있는 전기분해장치가 없어 분리에는 실패했으나 이후 1818년 영국의 화학자 험프리 데이비(Humphry Davy)가 처음으로 순수한 리튬 원소 추출에 성공하게 됩니다.
리튬은 원자번호 3번의 원소로 원소기호는 ‘Li’로 씁니다. 주기율표에서 제1족에 속하는 알칼리 금속의 하나로 원자량 6.941, 녹는점 180.54℃, 끓는점 1347℃, 비중 0.534을 갖습니다. 은백색을 띠고 있으며 금속 중에서 가장 가볍고, 고체 원소 중에서는 밀도가 가장 낮습니다. 사람이 칼로 자를 수 있을 정도로 무른 금속이죠. 다른 알칼리 금속과 마찬가지로 산소나 물에 잘 반응하기 때문에 자연 상태에서는 화합물로만 존재합니다. 아르프베드손이 발견했던 것처럼 물과 접촉 시 격렬한 화학 반응을 일으키기 때문에 파라핀과 같은 기름 속에 보관하는 것이 일반적입니다.
현대 사회에서 리튬은 다양한 용도로 사용되지만, 현재 가장 주목받는 산업적 활용처는 역시 배터리 분야입니다. 리튬은 현재 가장 쉽게 접할 수 있는 2차 전지인 리튬이온배터리의 핵심 소재로, 리튬이온배터리의 4대 구성 요소인 양극재와 음극재, 전해질, 분리막 중 양극재에 사용되는 소재입니다. 리튬이온배터리는 질량과 부피 대비 에너지 밀도가 매우 높고 고속 충방전에 유리하다는 장점을 가지고 있습니다. 그전까지 사용되던 니카드전지나 니켈금속수소전지에 비해 가벼우면서도 대용량이라는 특성 때문에 현재 메인스트림으로 자리 잡게 되었습니다.
특히 전기차 시대에 돌입하면서 리튬의 가치는 더욱 커지고 있습니다. 또 리튬의 가치가 오르면서 전 세계적으로 리튬을 구하기 위한 노력이 커진 덕분에 매년 알려진 매장량이 늘어나고 있습니다. 주요 리튬 생산국으로는 호주, 중국, 미국, 칠레, 브라질, 아르헨티나, 볼리비아 등이 있는데요. 현재는 남미가 리튬 생산의 중추로 세계 리튬 매장량 60%가 남미권에 위치한 것으로 알려져 있습니다.
배터리 산업이 반도체 산업을 잇는 차세대 산업으로 주목받는 가운데 리튬 역시 ‘백색 황금’이라고 불리고 있는데요. 리튬을 둘러싼 배터리 산업의 미래는 어떤 모습일지, 여러분의 생각은 어떠신가요?