폐리튬이온배터리에서 금속만 추출…폐배터리 재활용 공정 단순화

연구팀이 개발한 회전하는 액체 반응기. 사진=IBS

기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 첨단연성물질 연구단 바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더 연구팀이 반응 용기 하나로 폐리튬이온배터리에서 금속을 재활용하는 새로운 방법을 개발했다고 3일 밝혔다.

리튬이온배터리는 충전과 방전을 할 수 있는 이차전지 한 종류로 휴대전화, 노트북, 전기자동차 등에서 폭넓게 사용되며 수요가 더욱 증가하고 있다.

그러나 수요에 따른 리튬이온배터리 폐기물 양 또한 늘면서 폭발 및 화재 위험성이 크고, 유독물질로 인한 환경 오염 원인이 되는 폐리튬이온배터리 처리 방안이 골칫거리다.

그동안은 폐배터리를 잘게 쪼개 분쇄하고, 화학처리를 통해 원재료인 금속을 걸러내는 재활용 공정이 활용됐으나 이는 복잡하고 비용이 많이 든다.

연구팀은 과거 개발한 화학공정 기술을 폐배터리 재활용 공정기술에 적용해 효율성을 높였다.

밀도가 다른 용액은 서로 섞이지 않고 층별로 쌓인다는 사실에 착안해 회전 가능한 원통안에 여러 용매를 넣고, 이 용매를 이용해 반응물을 이동하거나 분리하는 방식으로 기존 화학 합성 과정에 드는 시간을 크게 줄였다.

연구팀이 개발한 회전 반응기는 수평 형태로 여러 용기를 거치지 않고도 한 번에 금속 혼합물을 분리하고 추출할 수 있다. 용기 내부는 금속 혼합물을 공급하는 층과 분리된 금속을 수용하는 층, 두 층이 섞이는 것을 방지하는 층(shuttle)으로 구성돼 있다.

금속을 공급하는 층에 금속 혼합물을 넣고 강한 회전을 일으키면 각 층은 형태가 무너지지 않고 유지되며, 중간 층에 있는 추출제로 인해 리튬, 니켈은 남고 망간과 코발트만 금속을 수용하는 층으로 이동한다. 분리막을 사용하는 단일 반응기와 달리 이 반응기는 높은 강도로 섞어도 아무 문제가 없다는 장점이 있다.

바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더는 “이번 기술은 배터리에 사용되는 금속 이외에도 다양한 금속을 분리하는 기술에 알맞게 적용할 수 있어 활용 가치가 매우 높다”고 말했다.

이인희기자 leeih@etnews.com