스탠리 휘팅엄
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1. 개요
스탠리 휘팅엄은 영국의 화학자이자 재료 과학자로, 리튬 이온 배터리 개발에 기여한 공로로 2019년 노벨 화학상을 수상했다. 1970년대에 이황화 티타늄을 음극으로, 리튬-알루미늄 합금을 양극으로 사용하는 리튬 이온 배터리를 최초로 고안했다. 그는 엑손 연구 및 엔지니어링 회사에서 연구원으로 근무했으며, 현재는 빙햄턴 대학교 화학과 교수로 재직 중이다. 휘팅엄의 연구는 삽입 전극의 개발과 다전자 삽입 반응을 이용한 에너지 밀도 향상에 기여했으며, 다양한 학술상과 노벨 화학상 수상으로 그 업적을 인정받았다.
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| 스탠리 휘팅엄 - [인물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 출생 이름 | 마이클 스탠리 휘팅엄 |
| 출생일 | 1941년 12월 22일 |
| 출생지 | 영국 노팅엄 |
| 국적 | 영국, 미국 |
| 분야 | 화학 |
| 학력 | |
| 모교 | 뉴 칼리지, 옥스퍼드 대학교 |
| 학위 | 문학사, 문학 석사, 철학 박사 |
| 박사 학위 논문 제목 | 산화물 시스템의 미량 저울 연구 |
| 박사 학위 논문 URL | Microbalance studies of some oxide systems |
| 박사 학위 논문 년도 | 1968년 |
| 박사 학위 지도교수 | 피터 디킨스 |
| 학문 자문 | 로버트 허긴스(박사 후 연구) |
| 경력 | |
| 직장 | 빙엄턴 대학교 |
| 업적 | |
| 주요 업적 | 리튬 이온 전지 |
| 수상 | |
| 수상 | 노벨 화학상(2019년) |
2. 학력 및 경력
1941년 12월 22일 영국 노팅엄에서 태어났다.[2][3] 1951년부터 1960년까지 스탬포드 스쿨에서 교육을 받았고, 옥스퍼드 대학교 뉴 칼리지에서 화학을 전공하여 문학사 (1964), 문학 석사 (1967), 철학 박사 (1968) 학위를 취득하였다.[4] 1968년부터 스탠퍼드 대학교에서 박사후 연구원으로 재직하였다.[5] 1972년부터 1988년까지 엑손 연구 및 엔지니어링 회사(Exxon Research & Engineering Company)에서 16년 동안 근무하였고, 1984년부터 1988년까지 슐럼버거(Schlumberger)에서 4년 동안 근무하였다.[4] 1988년부터 빙햄턴 대학교 교수로 재직 중이며, 1994년부터 2000년까지 빙햄턴 대학교 연구 부총장을 역임하였다.[2][5] 6년 동안 뉴욕 주립 대학교 연구 재단의 부의장을 지냈다. 2017년 NAATBatt International의 최고 과학 책임자로 임명되었고,[2] 2007년부터 미국 에너지부(DOE) 에너지 프론티어 연구 센터(Energy Frontier Research Center, EFRC)인 북동부 화학 에너지 저장 센터(NECCES)의 이사를 맡고 있다.[6]
스탠리 휘팅엄은 리튬 이온 배터리 개발에 핵심적인 삽입 전극을 고안하고, 다전자 삽입 반응 연구를 통해 배터리 성능 향상에 크게 기여했다. 이러한 공로를 인정받아 다양한 상을 수상했다.
3. 연구 업적
수상 연도 상 이름 수여 기관 비고 1971년 젊은 저자상 전기화학회 [9] 2003년 배터리 연구상 전기화학회 [10] 2004년 펠로우 전기화학회 [11] 2010년 40대 혁신가 중 한 명 그린테크 미디어 [12] 2012년 IBA 예거 상 IBA [13] 2013년 펠로우 재료 연구 학회 [14] 2015년 클래리베이트 인용 영예자 톰슨 로이터 존 B. 구디너프와 함께 [8][15] 2018년 회원 국립 공학원 [16] 2019년 노벨 화학상 노벨 위원회 존 B. 구디너프, 요시노 아키라와 함께 [17][18]
3. 1. 리튬 이온 배터리 개발
스탠리 휘팅엄은 삽입 전극을 고안했다. 1970년대 엑손은 휘팅엄의 리튬 이온 배터리를 제조했는데, 이는 이황화 티타늄 음극과 리튬-알루미늄 양극을 기반으로 했다.[8] 이 배터리는 높은 에너지 밀도를 가졌고, 리튬 이온이 이황화 티타늄 음극으로 확산되는 것이 가역적이었기 때문에 재충전이 가능했다. 또한, 이황화 티타늄은 결정 격자 내로의 리튬 이온 확산 속도가 특히 빨랐다. 엑손은 Li/LiClO₄/ TiS₂ 배터리의 상용화에 자원을 투입했지만, 안전 문제로 인해 프로젝트를 종료했다.[8] 휘팅엄과 그의 팀은 전기화학 및 고체 물리학 관련 학술지에 연구 결과를 계속 발표했다.
휘팅엄은 "이 모든 배터리는 삽입 배터리라고 불립니다. 샌드위치에 잼을 넣는 것과 같습니다. 화학적 용어로, 결정 구조를 가지고 있고, 리튬 이온을 넣고 꺼낼 수 있으며, 구조는 정확히 똑같습니다."라고 말했다. "우리는 결정 구조를 유지합니다. 그것이 이러한 리튬 배터리가 매우 좋고, 오랫동안 사이클을 돌 수 있게 하는 이유입니다."[8]
리튬 배터리는 전이 금속 산화 환원 중심당 1개 미만의 리튬 이온/전자가 가역적으로 삽입되기 때문에 용량이 제한적이다. 더 높은 에너지 밀도를 달성하기 위해 한 가지 접근 방식은 1전자 산화 환원 삽입 반응을 넘어가는 것이다. 휘팅엄의 연구는 여러 리튬 이온을 삽입하여 저장 용량을 늘릴 수 있는 다전자 삽입 반응으로 발전했다. LiVOPO₄/VOPO₄와 같이 휘팅엄에 의해 몇 가지 다전자 삽입 물질이 성공적으로 개발되었다. 다가 바나듐 양이온(V³⁺<->V⁵⁺)은 다전자 반응을 수행하는 데 중요한 역할을 한다.
3. 2. 다전자 삽입 반응 연구
오늘날의 리튬 배터리는 전이 금속 산화 환원 중심당 가역적으로 삽입되는 리튬 이온/전자가 1개 미만이어서 용량이 제한적이다. 더 높은 에너지 밀도를 달성하기 위한 한 가지 접근 방식은, 1전자 산화 환원 삽입 반응을 넘어가는 것이다. 현재 휘팅엄의 연구는 여러 리튬 이온을 삽입하여 저장 용량을 증가시킬 수 있는 다전자 삽입 반응으로 진행되고 있다. 휘팅엄에 의해 LiVOPO4/VOPO4 등 몇 가지 다전자 삽입 재료 개발에 성공했다. 다가 바나듐 양이온(V3+<->V5+)이 다전자 반응을 달성하는 데 중요한 역할을 한다. 이 유망한 재료들은 에너지 밀도를 빠르게 높인다는 목적으로 배터리 산업에서 주목받고 있다.
4. 수상 경력
| 연도 | 수상 내역 |
|---|---|
| 1971년 | 전기화학회 영 어워드[9] |
| 2003년 | 전기화학회 배터리 연구상[10] |
| 2004년 | 전기화학회 펠로우[11] |
| 2007년 | 뉴욕 주립 대학교 학문 및 창의적 활동 우수성 총장상 및 뛰어난 연구상[21][47] |
| 2010년 | 미국 화학회 평생 공로상[2][30] |
| 2010년 | 그린테크 미디어 녹색 기술 발전에 기여한 40대 혁신가[12] |
| 2012년 | IBA 예거 어워드[13] |
| 2013년 | 재료 연구 학회 펠로우[14] |
| 2015년 | 톰슨 로이터 노벨 화학상 후보 클래리베이트 인용 영예자[8][15][43] |
| 2017년 | 고체 이온학 국제학회 수석 과학자상[22][48] |
| 2018년 | 재료 연구 학회 턴불상[23][49] |
| 2018년 | 미국 공학 한림원 회원[16][24] |
| 2019년 | 노벨 화학상 (존 B. 구디너프, 요시노 아키라와 공동 수상)[17][18][45] |
| 2020년 | 카네기 재단 위대한 이민자상[25] |
| 2021년 | 왕립 학회 회원 |
| 2023년 | 빈퓨처 그랜드 프라이즈 (마틴 그린, 라시드 야자미, 요시노 아키라와 공동 수상)[26] |
| 2024년 | 2024년 국왕 생일 기념 서훈에서 기사 작위 수여[27] |
5. 저서
| 연도 | 저서 | 출판사 | ISBN |
|---|---|---|---|
| 1977 | Solid State Chemistry of Energy Conversion and Storage (존 B. 구디너프와 공저) | American Chemical Society Symposium Series #163 | 978-0-8412-0358-7 |
| 1979 | Materials Science in Energy Technology (G. G. Libowitz와 공저) | Academic Press | 978-0-12-447550-2 |
| 1984 | Intercalation Chemistry (A. J. Jacobson와 공저) | Academic Press | 978-0-12-747380-2 |
| 1987 | Chemistry of High Temperature Superconductors (D. L. Nelson, T. F. George와 공저) | American Chemical Society Symposium Series #352 | 978-0-8412-1431-6 |
| 2003 | Solid-state chemistry of inorganic materials IV (M. A. Alario-Franco, M. Greenblatt, G. Rohrer와 공저) | Materials Research Society | 978-1-55899-692-2 |
6. 주요 논문
| 연도 | 제목 | 학술지 | 권(호) | 페이지 | DOI |
|---|---|---|---|---|---|
| 1976 | 전기 에너지 저장과 삽입 화학 | 사이언스 | 192(4244) | 1126–1127 | [https://doi.org/10.1126/science.192.4244.1126 10.1126/science.192.4244.1126] |
| 1976 | 음극 반응에서 삼원상 역할 | 전기화학회지 | 123(3) | 315–320 | [https://doi.org/10.1149/1.2132817 10.1149/1.2132817] |
| 1978 | 삽입 화합물의 화학: 칼코겐화물 호스트 내의 금속 게스트 | 고체 화학 발전 | 12(1) | 41–99 | [https://doi.org/10.1016/0079-6786(78)90003-1 10.1016/0079-6786(78)90003-1] |
| 2004 | 리튬 배터리 및 음극 재료 | 화학 리뷰 | 104(10) | 4271–4301 | [https://doi.org/10.1021/cr020731c 10.1021/cr020731c] |
| 2014 | 리튬 배터리 삽입 반응의 궁극적 한계 | 화학 리뷰 | 114(23) | 11414–11443 | [https://doi.org/10.1021/cr5003003 10.1021/cr5003003] |
| 1998 | 수열법으로 합성한 바나듐 산화물 | 재료 화학 | 10(10) | 2629–2640 | [https://doi.org/10.1021/cm980242m 10.1021/cm980242m] |
| 1999 | 개방형 구조를 가진 바나듐 산화물의 구조 화학 | Acta Crystallographica Section B | 55(5) | 627–663 | [https://doi.org/10.1107/S0108768199004000 10.1107/S0108768199004000] |
| 1996 | KxMnO2·yH2O의 수열 합성 및 특성 분석 | 재료 화학 | 8(6) | 1275–1280 | [https://doi.org/10.1021/cm950550 10.1021/cm950550] |
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| 2002 | 리튬 철 인산염의 반응성, 안정성 및 전기화학적 거동 | 전기화학 통신 | 4(3) | 239–244 | [https://doi.org/10.1016/S1388-2481(01)00298-3 10.1016/S1388-2481(01)00298-3] |
| 2001 | 리튬 철 인산염 음극의 수열 합성 | 전기화학 통신 | 3(9) | 505–508 | [https://doi.org/10.1016/S1388-2481(01)00200-4 10.1016/S1388-2481(01)00200-4] |
| 1995 | 새로운 산화물 재료의 수열 합성 | 고체 상태 이온 | 75 | 257–268 | [https://doi.org/10.1016/0167-2738(94)00220-M 10.1016/0167-2738(94)00220-M] |
| 2004 | 브래그 이상의 구조: V2O5 나노튜브 연구 | 피지컬 리뷰 B | 69(8) | 085410 (1–6) | [https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.085410 10.1103/PhysRevB.69.085410] |
| 2009 | 리튬 이온 배터리용 바나듐 변형 LiFePO4 음극 | 전기화학 및 고체 상태 편지 | 12(2) | A33–A38 | [https://doi.org/10.1149/1.3039795 10.1149/1.3039795] |
| 2010 | 리튬 이온 배터리용 철 및 망간 피로인산염 음극 | 재료 화학 | 23(2) | 293–300 | [https://doi.org/10.1021/cm102922q 10.1021/cm102922q] |
참조
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