국내 연구팀, 폐배터리 리튬 회수율 97% 달성

왼쪽부터 한국원자력연구원 전민구 박사, 김형섭 박사, 김경선 연구원, 김성욱 박사. [사진=원자력연]

전기차 사용이 느는 가운데 국내 연구팀이 전기차 폐배터리 재활용 기술을 업그레이드시켰다. 기존 기술보다 리튬 회수율을 크게 끌어올리고, 재활용 양극 소재의 수명도 약 30% 늘렸다.

김형섭∙전민구∙김성욱 한국원자력연구원 박사 연구팀은 11일 기존 기술보다 수명과 회수율을 높인 ‘업사이클링’ 기술을 개발했다고 밝혔다.

업사이클링은 다 쓴 폐배터리의 양극을 원상태로 회복하거나 성능을 올려 재활용하는 것이다. 전기차 배터리는 리튬이온전지를 활용한다. 이 전지는 양극과 음극, 전해질, 집전체 등으로 구성돼 있다. 이 중 양극 소재는 배터리 전체 단가의 약 40%를 차지한다. 양극 소재로 리튬이나 니켈, 코발트 등의 금속이 쓰이고 있어서다.

업사이클링은 보통 습식 공정을 거친다. 폐배터리의 양극 소재를 분쇄해 분말 형태의 블랙파우더를 만들고, 화학용액으로 이를 녹여 금속을 회수한다.

연구팀은 건식 공정을 택했다. 블랙파우더에 염소가스를 주입해 염화리튬과 잔여 블랙파우더로 분리했다. 연구팀은 “염화리튬은 물에 잘 녹는 속성이 있어 리튬 회수가 쉽다”며 “회수율이 97%에 달한다”고 설명했다. 기존 기술의 폐배터리 리튬 회수율은 90% 초반대에 머물고 있다.

연구팀은 잔여 블랙파우더엔 추가로 리튬과 니켈을 집어넣었다. 그런 다음 양극 소재를 합성했다. 연구팀은 “양극 소재 내 니켈 함량을 늘린 것”이라며 “배터리 성능은 양극 소재 내 리튬이 얼마나 정량으로 합성됐는지에 따라 좌우된다”고 설명했다. 이렇게 만든 양극 소재는 기존 양극 소재보다 약 30% 수명이 긴 것으로 분석됐다.

이번 연구는 국제학술지 ‘재료화학저널A’에 지난달 21일 온라인으로 공개됐다. 김형섭 박사는 “기술을 고도화해 국내 기업에 이전하고 기술 지원을 다하겠다”며 “개발한 기술이 폐배터리 재활용 가이드라인이 될 수 있도록 연구를 이어가겠다”고 밝혔다.