폐배터리를 고전압 전지로 바꾸는 친환경 기술이 나왔다. 자원 순환형 배터리 생태계 구축에 기여할 것으로 기대된다.
한국지질자원연구원(지질연)은 한요셉 자원활용연구본부 책임연구원 연구팀이 박민준 부산대 교수 연구팀과 폐 리튬이온배터리 양극재인 리튬 망간 산화물(LMO, LiMn2O4)을 전기화학 반응을 통해 고온·강산 공정 없이 고전압 전지로 전환하는 전기화학 기반 친환경 업사이클링 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
기존의 폐배터리 재활용 공정은 900℃ 이상의 고온에서 금속을 추출하는 고온 제련이나 강산 등 복잡한 화학 처리를 수반한 습식 제련 방식이다. 강산은 농도가 매우 높은 산을 이용해 물질을 화학적으로 분해하거나 용해시키는 공정이다. 에너지 소모가 크고 환경오염 우려가 높아 상용화가 어렵다.
연구팀은 폐배터리에서 얻은 리튬 망간 산화물을 단순 분해하지 않고 전기화학 반응을 유도해 망간 이온으로 전환했다. 전환한 이온을 전해액으로 활용해 레독스 흐름 전지(RFB)를 만들었다.
전해핵은 이온을 포함하고 있어 전기가 통하는 액체로 전지, 전기분해 장치 등에서 전류가 흐르게 해주는 매개체 역할을 한다. 레독스 흐름 전지란 전해질 속 산화환원 반응을 통해 전기에너지를 저장하고 방출하는 시스템을 가리킨다.
연구팀이 개발한 전지는 기존 황산망간(MnSO4) 기반 전해액 기반의 전지와 유사한 초기 성능을 보였다. 연구팀은 전지가 250회 사용된 후에도 70% 이상의 에너지 효율을 유지하는 것으로 확인했다.
사용한 전해액은 이후 수소이온 농도(pH) 조절만으로 망간과 리튬을 손쉽게 분리해 재사용 가능한 전구체로 전환될 수 있다. 폐배터리를 전해액으로 활용하고 다시 신규 배터리 소재로 전환하는 자원 순환형 배터리 생태계 구축이 가능한 것이다.
한 연구원은 "연구는 기존 재활용 기술의 복잡성과 환경적 부담을 극복한 데 의의가 있다"며 “앞으로도 폐배터리 자원의 효율적 순환과 에너지 저장 기술 고도화를 통해 탄소중립과 자원순환사회 실현에 기여하겠다”고 말했다.
연구성과는 국제 저널 스몰 'Small'에 지난 3월 11일 게재됐다.
<참고자료>
-https://doi.org/10.1002/smll.202500787
