전기차·에너지저장장치(ESS) 확산으로 폐리튬이온배터리 처리·재활용이 과제로 떠오른 가운데, 폐배터리를 고전압 ESS에 활용할 수 있는 전기화학 기반 친환경 업사이클링 기술이 국내에서 개발됐다.
한국지질자원연구원(원장 권이균)은 한요셉 자원활용연구본부 박사팀이 폐리튬이온배터리 양극재인 리튬망간산화물(LMO)을 전기화학 반응으로 직접 활용할 수 있게 하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 차세대 ESS로 주목받는 아연-망간 레독스 흐름 전지(Zn-Mn RFB:전해질 속 산화·환원 반응으로 전기에너지를 저장·방출하는 시스템 )에 접목, 실용 가능성을 입증했다.
이번 연구는 폐배터리에서 추출한 LMO를 전기화학 반응으로 망간 이온으로 전환하고, 이를 레독스 흐름 전지(RFB) 전해액으로 활용한 업사이클링 공정이다. 단순 회수를 넘어, 자원 부가가치를 높인 실질적 순환기술을 구현했다.
전해액은 이후 수소이온 농도 조절만으로 망간·리튬을 손쉽게 분리해, 재사용 가능한 전구체로 전환할 수 있다. 이로써 폐배터리를 전해액으로 활용하고, 다시 신규 배터리 소재로 전환하는 자원 순환형 배터리 생태계 구축이 가능할 것으로 기대된다.
기존 폐배터리 재활용 공정은 900도 이상 고온에서 금속을 추출하는 고온 제련, 강산과 복잡한 화학 처리를 수반한 습식 제련 방식 탓에 에너지 소모가 크고 환경오염 우려가 높아 상용화에 제약이 많았다. 개발 기술은 별도 고온·강산 처리가 필요 없는 전기화학 공정으로, 에너지 소비와 환경 부담을 획기적으로 줄일 수 있다.
연구팀은 폐배터리에서 얻은 LMO를 단순 분해하지 않고, 전기화학 반응을 유도해 망간 이온으로 전환한 뒤 전해액에 적용했다. 기존 황산망간 기반 전해액과 유사한 초기 성능을 보였으며, 250사이클 후에도 70% 이상 에너지 효율을 유지했다.
특히 연구팀은 멤브레인 하이브리드 레독스 흐름 전지 구조로 고전압과 장기 사이클 안정성 확보에도 성공했다. 고효율·장수명 ESS 핵심 기술로 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
한요셉 박사는 “앞으로도 폐배터리 자원의 효율적 순환과 에너지 저장 기술 고도화를 통해, 탄소중립과 자원순환사회 실현에 기여하겠다”고 말했다.
박민준 부산대 교수팀과 함께 한 연구로, 국제 저널 스몰에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
