에기연, 복원 용액에 담아 충방전 상태로 되돌려
갈바닉 부식현상 적용..배터리 재활용의 새 방법
갈바닉 부식현상 적용..배터리 재활용의 새 방법
한국에너지기술연구원은 우중제 박사 연구팀이 수명을 다한 리튬 이온배터리의 양극재를 값싸고 친환경적으로 재활용하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
리튬이온전지는 크게 양극재, 음극재, 전해질로 구성된다. 이 중 양극재는 배터리가 충·방전될 때 리튬 이온 저장과 방출에 역할을 해 전기 발생에 중요한 소재다. 최근 전기차와 모바일 기기의 확산으로 인해 사용이 끝난 폐배터리 처리 문제가 새로운 과제로 떠오르고 있다. 특히 배터리에 포함된 금속 성분이 토양, 수질에 심각한 오염을 일으킬 수 있어 재활용 기술 개발이 시급한 상황이다.
기존 폐배터리 재활용은 주로 배터리를 분쇄한 뒤 화학물질 반응을 통해 리튬, 니켈, 코발트 등의 유가 금속을 추출하는 방식이었다. 하지만 이 과정에서 고농도 화학물질을 사용해 폐수가 발생하고, 고온의 용광로가 필요해 많은 에너지를 소모하면서 이산화탄소까지 배출하는 문제가 있다. 아울러 화학적 변화 없이 기존 소재를 회수하고, 초기 상태로 복원해 사용하는 직접 재활용 기술 역시 고온·고압의 조건에서 수행해야 하고, 공정 과정이 복잡해 많은 시간과 비용이 필요하다.
연구팀은 상온, 상압 조건에서 폐 양극재를 복원 용액에 담그는 것으로 리튬이온이 증가해 충·방전이 가능한 상태로 복원되는 재활용 기술을 개발했다. 이 기술은 서로 다른 두 물질이 전해질과 접촉할 때 두 금속 중 하나의 금속이 먼저 부식되는 '갈바닉 부식' 현상을 적용했다.
복원 용액에 포함된 브롬이 폐 배터리 내의 알루미늄과 만나 자발적 부식을 유도하고, 부식된 알루미늄에서 음전하를 띠고 있는 전자가 방출돼 폐 양극재로 전달돼 리튬 이온이 늘어 초기 상태로 복원되는 원리다.
연구팀은 성능 시험을 통해 복원재 양극재를 넣은 폐 배터리의 용량이 새 제품과 동일하게 복원된 것을 확인했다.
우중제 에기연 박사는 "고온 열처리나 유해 화학물질 없이 폐 양극재를 복원하는 새로운 기술을 제시한 것"이라며 "폐기된 전기차 배터리의 직접 재활용을 통해 탄소 배출 저감과 자원순환경제 구축에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구결과는 에너지·재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(지난 10월)' 온라인에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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