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[IT뉴스]폐배터리 양극재, 100% 새제품처럼 복원

온카뱅크관리자

2024-11-07 12:16:12

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국에너지기술연구원 
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 <img alt="폐배터리 양극재 재활용 기술을 개발한 연구진. (왼쪽부터) 한국에너지기술연구원 우중제 센터장, 마지영 연구원, 송진주 연구원, 송하용 연구원. 에기연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202411/07/dongascience/20241107121617410gcms.png" data-org-width="680" dmcf-mid="ZBRb8VsdYK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202411/07/dongascience/20241107121617410gcms.png" width="658">
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 폐배터리 양극재 재활용 기술을 개발한 연구진. (왼쪽부터) 한국에너지기술연구원 우중제 센터장, 마지영 연구원, 송진주 연구원, 송하용 연구원. 에기연 제공
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 국내 연구진이 폐배터리 양극재를 새 제품처럼 복원하는 재활용 기술을 개발했다. 폐배터리의 용량을 새 배터리와 100% 동일한 상태로 복원하는 데 성공했다. 기존 폐배터리를 직접 재활용할 때보다 비용을 줄이면서 친환경성까지 확보했다.
 한국에너지기술연구원은 우중제 광주친환경에너지연구센터 책임연구원 연구팀이 사용이 끝난 리튬 이온 배터리의 양극재를 값싸고 친환경적으로 재활용하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 양극재는 배터리가 충‧방전될 때 리튬 이온을 저장하고 방출하는 역할을 하는 소재다.
 폐배터리를 재활용하는 기술은 주로 배터리를 분쇄한 뒤 화학물질 반응을 통해 리튬, 니켈, 코발트 등의 유가 금속을 추출하는 방식을 활용한다. 하지만 이 과정에서 고농도의 화학물질을 사용하면서 폐수가 발생한다. 고온의 용광로가 필요해 많은 에너지를 소모하면서 이산화탄소까지 배출된다.
 앞서 이러한 문제를 해결하기 위해 화학적 변화 없이 기존 소재를 회수하고 초기 상태로 복원해 사용하는 직접 재활용 기술이 주목받았다. 직접 재활용 기술도 고온, 고압의 조건에서 수행되며 공정 과정이 복잡해 많은 시간과 비용이 필요하다는 단점이 있다. 
 연구진은 기존 재활용 방식의 단점을 해결하기 위해 단순한 공정으로 리튬 이온 배터리의 폐양극재를 직접 재활용할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 상온, 상압의 조건에서 폐양극을 복원 용액에 담그는 것만으로도 리튬 이온이 늘어나 충·방전이 가능한 상태로 복원된다.
 연구진이 개발한 기술의 핵심은 복원 용액을 활용한 갈바닉 부식이다. 갈바닉 부식이란 서로 다른 두 물질이 전해질 환경에서 접촉할 때 두 금속 중 하나의 금속이 먼저 부식되는 현상이다. 갈바닉 부식 현상이 일어날 때는 한 금속이 희생해 다른 금속을 보호하게 된다. 연구진은 이 현상을 폐배터리 재활용에 적용했다.
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 <img alt="왼쪽부터 복원 용액과 폐배터리 양극, 복원용액에 폐배터리 양극을 담지한 모습. 에기연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202411/07/dongascience/20241107121618763dyqf.png" data-org-width="680" dmcf-mid="5EkegnXD1b" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202411/07/dongascience/20241107121618763dyqf.png" width="658">
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 왼쪽부터 복원 용액과 폐배터리 양극, 복원용액에 폐배터리 양극을 담지한 모습. 에기연 제공
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 이번에 개발된 복원 용액에 포함된 ‘브롬’은 폐배터리 내의 알루미늄과 접촉해 자발적인 부식을 유도한다. 이후 부식된 알루미늄에서 음전하를 띠고 있는 전자가 방출돼 폐양극재로 전달된다.
 이때 폐양극재는 전하의 중성을 유지하기 위해 복원 용액에 포함된 양이온인 리튬 이온을 받아들인다. 리튬 이온이 늘어남에 따라 초기 상태로 복원되는 원리다. 또 폐배터리를 분해하는 기존 방식과 달리 셀 내부에서 복원 반응이 일어나기 때문에 재활용 프로세스의 효율도 크게 향상됐다.    연구진은 개발된 기술의 성능 시험을 통해 폐배터리의 용량이 신품과 동일하게 복원되는 것을 확인했다. 연구를 이끈 우중제 책임연구원은 “이번 연구 결과는 고온 열처리나 유해 화학물질 없이 폐양극재를 복원할 수 있는 새로운 접근법을 제시한 것”이라며 “폐기된 전기차 배터리의 직접 재활용을 통해 탄소 배출 저감 및 자원 순환 경제 구축에 크게 기여할 수 있다”고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’에 10월 온라인 게재됐다.
 &lt;참고 자료&gt;
 - doi.org/10.1002/aenm.202402106
 [박정연 기자 hesse@donga.com]
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