Living the lithium revolution
KANG KI-HEONThe author is an industry 1 team reporter of the JoongAng Ilbo.
Lithium, atomic number 3, is the lightest metal. It is used in medicine for bipolar disorder. Australian medical scientist John Cade (1912~1980) accidentally discovered that lithium was effective in calming guinea pigs. The discovery was made shortly after World War II.
Cade continued the research by taking lithium himself and confirmed its safety. In 1948, when he first used lithium on patients, the effect was surprising. A patient whose symptoms did not improve for five years was discharged after taking lithium for five months. He published a study in 1949.
It is still unverified how lithium treats manic depression, but it is commonly prescribed to bipolar patients because of its outstanding effect. Patients sometimes take lithium carbonate, but its toxicity cannot be ignored. Toxic effects may be caused even for the treatment-level lithium ion in the blood. Pharmaceutical companies warn that when lithium is prescribed, a facility to precisely measure lithium ion levels in the blood should be available.
Lithium is a metal that treats the mind and moves the world. Lithium-ion batteries are commonly used in smartphones and laptop computers. Lithium could dominate the battery market thanks to its light weight. The lightest metal enhances portability whereas lead-acid batteries used to start car engines are so heavy one can barely lift them.
The history of lithium-ion batteries is shorter than that of bipolar treatment. In 1991, Sony successfully mass-produced lithium-ion batteries, changing the secondary battery market trend. Engineers in the past could not dream of making batteries using lithium ion.
The alkali metal is so unstable that it explodes when it meets water. Exploding accidents involving electric cars and smartphones are caused by lithium ions moving between the cathode and anode of the battery.
It was a near miracle to succeed in mass-producing batteries with such an unstable metal. The Nobel Prize committee of the Royal Swedish Academy of Science recognized the achievement and gave the three pioneers of lithium-ion batteries the Nobel Prize for Chemistry in 2019.
This year, it is predicted that used electric car transactions in Korea will surpass 10,000. There is a forecast that by 2040, electric cars will make up half of total car sales in the world.
The energy revolution initiated by lithium is only just beginning.
리튬이온
강기헌 산업1팀 기자
원자번호 3번. 가장 가벼운 금속. 바로 리튬(lithium)이다. 가장 가벼운 금속인 리튬은 조울증 치료제로 쓰이는 가장 간단한 약제다. 호주 의학자 존 케이드(1912~1980)는 리튬이 기니 돼지를 안정시키는 효과가 있다는 사실을 우연히 발견했다. 2차 세계대전이 끝난 직후였다.
연구를 이어간 케이드는 직접 리튬을 복용해 안전성을 확인했고, 1948년 조증 환자에게 처음으로 리튬을 투여했다. 효과는 놀라웠다. 5년 동안 증상이 개선되지 않던 환자가 리튬 복용 5달 만에 퇴원한 것이다. 그는 1949년 연구 결과를 논문으로 발표했다.
리튬이 조울증을 치료하는 원리는 아직도 명확하게 밝혀지지 않았다. 그럼에도 불구하고 뛰어난 약효 때문에 조울증 환자에게 일반적으로 처방되는 약물로 자리 잡았다. 환자는 탄산리튬 형태로 복용하지만 독성도 무시할 수 없다. 혈중 리튬 이온 농도가 치료 농도라 하더라도 독성이 발생할 수 있다. 제약사 경고 문구엔 리튬을 처방할 경우 혈중 리튬이온 농도를 정확하게 측정할 수 있는 시설을 갖춰야 한다고 적혀있다.
리튬은 마음을 치료하는 금속이자 세상을 움직이는 금속이다. 리튬이온 배터리는 스마트폰이나 노트북 배터리에 흔히 쓰인다. 리튬이 배터리 시장을 제패한 건 무게와 관련이 있다. 가장 가벼운 금속이기에 휴대성을 높일 수 있다. 엔진 시동용 납축전지는 두 손으로 들어 올리기도 버거울 정도다.
리튬이온 배터리의 역사는 조울증 치료제보다 짧다. 일본 소니가 리튬이온 배터리 대량생산에 성공하면서 2차 전지 시장 판도를 바꾼 게 1991년이다. 과거 기술자들은 리튬이온 배터리를 상상도 못 했다.
알칼리 금속인 리튬은 물에 닿으면 폭발을 일으킬 정도로 불안정한 물질이기 때문이다. 전기차와 스마트폰 화재 뉴스가 종종 전해지는 건 배터리 양극과 음극 사이를 오가는 리튬이온 탓이다.
이렇게 불안정한 금속으로 배터리 양산에 성공한 것 자체가 기적에 가까운 일이다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회가 2019년 리튬이온 배터리 개척자 3명에게 노벨화학상을 수여한 것도 이런 연장선이다.
올해 국내 중고 전기차 거래가 1만대를 넘어설 것이란 전망이 나온다. 2040년에는 세계 신차 판매량 중 절반을 전기차가 차지할 것이란 예측도 있다.
리튬이온이 주도하는 에너지 혁명은 이제 시작이다.
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