원자력연구원, 최첨단 폐배터리 재활용 기술 개발

국내 연구진이 전기차 폐배터리를 기존 방식보다 더 효율적으로 재활용하는 기술을 개발했다.

한국원자력연구원 연구팀은 11일 전기차 폐배터리의 양극 소재 업사이클링 기술을 개발했다고 밝혔다.

양극 소재 업사이클링이란 사용이 끝나 손상된 폐배터리의 양극을 원상태로 회복하거나 성능을 올려 재활용하는 기술이다.

연구팀에 따르면 이번에 개발한 기술은 폐배터리 리튬 회수율이 97%에 달하며, 재활용 양극 소재는 기존 기술로 추출한 소재에 비해 수명을 30% 이상 늘렸다.

또 해당 기술은 기존 재활용 공정보다 친환경적이라는 장점도 있다.

한국원자력연구원이 개발한 고효율 폐배터리 리사이클링 공법 [한국원자력연구원 제공]

전기차 배터리에 사용되는 리튬 이온 전지는 양극, 음극, 전해질, 집전체 등으로 구성되는데, 이중 배터리 단가의 40% 이상을 차지하는 리튬, 니켈, 코발트 등이 재활용의 주된 목적이다.

기존에는 폐배터리의 양극 소재를 분쇄해 분말 형태의 블랙 파우더로 만든 뒤 화학 용액으로 녹이는 습식 처리나 900도의 높은 열을 이용하는 건식 처리로 소각해 남은 금속 원소를 회수했다.

그러나 습식 공정은 고독성 폐수를, 건식 공정은 대기오염을 발생시킨다는 문제가 있다.

이에 연구팀은 블랙 파우더를 직접 재활용할 수 있는 건식 공정을 활용해 블랙 파우더에 염소가스를 주입해 염화리튬(LiCl)과 잔여 블랙 파우더로 분리하는 기술을 개발했다.

염화리튬은 물에 잘 녹는 속성이 있어 97%에 달하는 리튬을 회수할 수 있게 되었다.

한국원자력연구원 로고 [자료=한국원자력연구원]

또 연구팀은 리튬을 제거한 블랙 파우더에 추가로 리튬과 니켈을 투입, 고온 합성해 양극 소재 내 니켈 함량을 늘리고, 리튬을 양극 소재에 균일하게 분포해 효율을 높였다.

이렇게 업사이클링한 양극 소재는 기존 양극 소재보다 30% 이상 수명이 긴 것으로 알려졌다.

이번 연구 성과는 재료화학 분야 세계적인 학술지인 '재료화학 저널 A'에 지난달 21일 게재된 바 있다.

연구팀 김형섭 박사는 "이번 기술을 고도화해 국내 기업에 이전하고 적극적인 지원을 하겠다"라고 전했다.