우리 과학기술 정부출연연구기관(출연연)이 전기차 폐배터리 재활용 난제를 해결할 신공정 기술을 고안했다. 공정 자체가 단순하고, 적용에 필요한 부분도 적어 실제 산업 적용이 용이하다. 향후 친환경 기술로 각광받을 전망이다.
한국에너지기술연구원은 우중제 광주친환경에너지연구센터 박사팀이 폐배터리 직접 재활용 난제인 '집전체 분리 기술'을 개발하고, 집전체 분리와 동시에 폐양극재를 신품에 준하는 수준으로 재생하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
최근 전기차 보급률이 높아지면서 폐배터리의 처리가 화두다. 배터리 폐기시 나오는 폐수에 중금속이 다량 함유돼, 토양·지하수를 오염시킨다.
또 배터리 용량을 결정하는 양극재에는 코발트를 비롯, 비싸면서도 채굴 과정에서 환경오염을 일으키는 희귀 금속이 다량 함유돼 있다. 이에 기존 배터리 구조를 재사용하면 자원도 회수할 수 있는 폐배터리 직접 재활용 기술이 각광받는다.
개발 기술 핵심은 양극재에 포함된 집전체를 완벽하게 분리하는 것이다. 집전체는 강한 접착력 탓에 유해 화학물질이 포함된 특수 용액으로만 녹일 수 있다. 또 과정 중 일부 잔유물은 내부로 흡수돼 재구성된 전극 성능을 떨어트린다.
이에 연구진은 용액 기반 재활용 공정을 개발했다. 폐양극재를 디에틸렌글리콜 용액에 담궈 130도로 가열하면 산화 반응이 일어나 글리콜알데하이드로 변한다. 다른 분자와 쉽게 결합하는 글리콜알데하이드는 양극재·집전체 사이 접착력을 떨어트려 완벽한 집전체 분리를 이끈다.
개발 공정으로 전기차에 사용되는 NCM(니켈·코발트·망간), LFP(인산·철) 양극재를 재생한 결과, NCM 양극재는 신품 용량 대비 99.1% 수준으로, LFP 양극재는 99.7% 수준으로 회복돼 신품과 거의 동일했다.
또 전기차용 50암페어시(Ah) 배터리에서 채취한 열화 양극재를 복원해 소형 테스트 셀에 적용한 결과, 방전용량이 30.6밀리암페어(㎃h)에서 34.6㎃h로 향상되는 것을 확인했다. 실제 전기차 환경에도 적용이 가능한 수준이다.
연구를 주도한 송진주 박사는 “이번 기술은 폐배터리 양극재를 녹이지 않고도 재활용할 수 있어, 폐수 환경오염을 일으키지 않고 쓰이는 에너지도 줄일 수 있는 친환경 기술”이라며, “공정이 간단하고 공정을 위한 밀폐 환경 등이 필요하지 않아 산업 현장 적용성이 매우 높다”고 밝혔다.
이번 연구는 어드밴스드 사이언스 9월호에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
