- NCM 양극재 용량 99.1%, LFP 양극재 용량 99.7% 회복
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| 이번 연구를 수행한 한국에너지기술연구원 연구진. 송진주(왼쪽부터) 책임연구원 우중제 센터장, 송정환 학생연구원.[한국에너지기술연구원 제공] |
[헤럴드경제=구본혁 기자] 전기차 폐배터리를 중금속이 포함된 폐수 발생을 줄이면서 재활용할 수 있는 친환경 기술이 개발됐다.
한국에너지기술연구원 광주친환경에너지연구센터 우중제 박사 연구진은 폐배터리 직접 재활용의 난제로 꼽혀온 집전체 분리 문제를 해결하고, 분리와 동시에 폐양극재를 신품 수준으로 재생하는 용액 기반 공정을 개발했다고 25일 밝혔다.
전기차 폐배터리 처리는 기존 재활용 과정에서 발생하는 폐수에는 중금속이 포함될 수 있어 적절히 처리하지 않으면 토양과 지하수 오염으로 이어질 우려가 있다. 특히 배터리 용량을 좌우하는 양극재에는 코발트 등 값비싼 희소금속이 들어 있어 이를 효율적으로 회수·재사용하는 기술 확보가 중요하다.
연구진은 배터리 구조를 최대한 유지하면서 양극재를 되살리는 ‘직접 재활용’ 방식에 주목했다. 관건은 양극재와 강하게 붙어 있는 집전체를 손상 없이 떼어내는 것이다. 기존에는 강한 접착력 때문에 유해 화학물질이 포함된 특수 용액 등을 사용해야 했고, 잔류물이 재생 전극 내부에 남아 성능을 떨어뜨리는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해 연구진은 ‘디에틸렌글리콜’을 활용했다. 폐양극재를 디에틸렌글리콜 용액에 담가 130℃로 가열하면 산화반응을 통해 글리콜알데하이드가 생성된다. 이 물질이 양극재와 집전체 사이의 접착력을 떨어뜨려 집전체를 효과적으로 분리한다.
성능도 신품과 거의 비슷한 수준까지 회복됐다. 전기차에 주로 사용되는 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재는 신품 대비 99.1%, LFP(리튬인산철) 양극재는 99.7%의 용량을 나타냈다.
전기차용 50Ah 배터리에서 채취한 열화 양극재를 복원해 소형 테스트 셀에 적용한 결과, 방전용량이 30.6mAh에서 34.6mAh로 증가했다. 실험실 수준을 넘어 실제 전기차 폐배터리 재활용에 적용할 가능성을 확인한 것이다.
연구를 주도한 송진주 에너지연 박사는 “폐배터리 양극재를 녹이지 않고 재활용할 수 있어 폐수 발생에 따른 환경오염을 줄이고 공정에 투입되는 에너지도 절감할 수 있다”며 “공정이 간단하고 별도의 밀폐 환경 등이 필요하지 않아 산업 현장 적용성이 매우 높다”고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 9월호에 게재됐다.
