폐배터리를 100% 새배터리로 복원했다

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원은 광주친환경에너지연구센터 우중제 박사팀이 폐 리튬 이온 배터리 속 양극재를 새 제품처럼 100% 성능 복원하는 재활용하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 이 기술은 고온 공정이 필요치 않는 재활용 공정 기술로 비용절감은 물론 친환경적이다.

우중제 박사는 "고온 열처리나 유해 화학물질 없이 폐양극재를 복원할 수 있는 새로운 접근법"이라며, "폐기된 전기차 배터리의 직접 재활용을 통해 탄소 배출 저감 및 자원 순환 경제 구축에 크게 기여할 수 있다"고 말했다.

한국과학기술기획평가원의 전망에 따르면, 전기차와 모바일 기기의 확산으로 2040년에는 노후 전기차가 4000만대 이상으로 늘어나 폐배터리 배출량이 급격히 증가할 것으로 예상된다. 특히 배터리에 포함된 금속 성분이 토양, 수질에 심각한 오염을 일으킬 수 있어 재활용 기술의 개발이 시급한 상황이다.

폐배터리 재활용 시에는 주로 배터리를 분쇄한 뒤 화학물질 반응을 통해 리튬, 니켈, 코발트 등의 유가 금속을 추출하는 방식을 활용한다. 하지만 과정 중 고농도의 화학물질을 사용하다 보니 폐수가 발생하고 고온의 용광로가 필요해 많은 에너지를 소모하면서 이산화탄소까지 배출된다.

연구진은 상온, 상압의 조건에서 폐 양극을 복원 용액에 담그는 것만으로도 리튬 이온이 늘어나 충·방전이 가능한 상태로 복원시켰다.

이 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. 이때 한 금속이 희생해 다른 금속을 보호하게 되는데 연구진은 이를 폐배터리 재활용에 적용했다.

복원 용액에 포함된 브롬은 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 받아들이고, 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.

한편, 연구진은 폐배터리 양극재 재활용 기술을 에너지·재료 분야 저명 학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자