획기적인 연구를 통해 배터리 재활용을 더욱 경제적으로 만듭니다

배터리 재활용을 비용 효율적으로 만들려면 어떻게 해야 합니까? ReCell Center의 과학자들은 그 목표를 향해 또 다른 발걸음을 내디뎠습니다.

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제이크 말룰리

리튬이온 배터리는 우리 기술의 현재와 미래를 이끄는 엔진입니다. 스마트폰, 노트북, 전기자동차(EV) 등 휴대용 전자제품에 전력을 공급하며 인기가 높아지고 있습니다. 그러나 특히 자동차에서 리튬 이온 배터리의 사용이 증가함에 따라 배터리를 재활용하는 기술이 더 발전했습니다. 이제 에너지부(DOE) 아르곤 국립 연구소에 본부를 두고 있는 국내 최초의 첨단 배터리 재활용 연구 개발 센터인 ReCell Center의 과학자들은 배터리 재활용을 방해하는 가장 큰 장애물 중 하나를 제거하는 중추적인 발견을 했습니다. 경제적으로 실행 가능한 리튬 이온 배터리 재활용.

오늘날 사용되는 재활용 공정을 통해 배터리 제조업체에게는 가치가 낮은 금속을 회수할 수 있습니다. 엄청난 문제가 곧 다가오고 있습니다. 연구원들은 10년도 채 안 되어 수명이 다한 EV의 리튬 이온 배터리 200만 톤이 매년 폐기될 것으로 예상합니다. 수명이 다한 EV 배터리의 수는 현재 적지만 구형 모델 차량의 수명이 다함에 따라 그 수가 크게 늘어날 예정이며 현재 재활용 인프라는 이러한 유입을 감당할 준비가 되어 있지 않습니다.

"배터리 업계가 새 배터리에 재사용하기 위해 재활용 양극재를 구입한다면 순도를 희생하지 않을 것입니다." — Jessica Durham, Argonne의 재료 과학자이자 연구 공동 저자

ReCell 팀의 일부인 MTU(Michigan Technological University) 연구원들은 배터리의 양전하 전극인 음극을 구성하는 귀중한 물질을 분리하기 위한 혁신적인 공정을 개발했습니다.

Argonne의 재료 공학 연구 시설의 과학자들은 MTU의 혁신적인 분리 프로세스를 확장하여 EV 배터리의 대규모 재활용을 위한 길을 닦고 있습니다. 전기차 배터리의 양극재는 자동차 제조사와 생산연도에 따라 다르기 때문에 재활용업체는 리튬코발트산화물, 리튬니켈망간코발트산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산염 등 리튬 금속 산화물의 혼합물을 사용해야 한다. — 해당 재료를 재사용할 수 있도록 각각을 분리합니다. 한때 불가능했던 일이 갑자기 실현 가능한 것처럼 보입니다.

배터리 양극재를 직접 재활용하고 재사용하면 루프가 닫힙니다. (이미지 제공: ReCell Center.)

동료 심사를 받은 과학 저널인 Energy Technology에 발표된 새로운 논문에서 MTU와 ReCell 연구원들은 거품 부양이라는 기존 공정의 새로운 변형을 사용하여 개별 음극 물질을 분리하는 방법이라는 발견을 자세히 설명합니다.

광석을 분리하고 정화하기 위해 광업에서 수년 동안 사용된 거품 부유선광은 물을 밀어내고 뜨는지, 아니면 물을 흡수하고 가라앉는지에 따라 부유 탱크의 물질을 분리합니다. 일반적으로 양극재는 가라앉기 때문에 서로 분리하기가 어렵습니다. 이는 ReCell 팀이 실험에 사용한 두 가지 일반적인 EV 배터리 양극 재료인 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC111)과 리튬 망간 산화물(LMO)의 경우에 해당됩니다. 연구진은 표적 물질이 물을 밀어내는 화학물질을 도입해 양극 물질 중 하나인 NMC111을 부유하게 만들면 분리가 가능하다는 사실을 발견했다.

연구진은 일단 양극 물질을 분리한 후 테스트를 통해 해당 공정이 물질의 전기화학적 성능에 미미한 영향을 미치는 것으로 판단했습니다. 두 제품 모두 순도가 높았습니다(95% 이상).

Argonne의 재료 과학자이자 이번 연구의 공동 저자인 Jessica Durham은 "이것은 매우 중요합니다. 왜냐하면 배터리 업계가 새 배터리에 재사용하기 위해 재활용 음극 재료를 구입한다면 순도를 희생하지 않을 것이기 때문입니다."라고 말했습니다. ."

이 연구는 에너지 집약도가 낮은 처리 방법을 발전시키고 화학 구조를 분해하지 않고 배터리 구성 요소를 직접 회수, 재생 및 재사용하는 직접 재활용을 위한 귀중한 재료를 수집하려는 ReCell 센터의 임무와 관련이 있습니다. 이 센터는 Argonne, DOE의 국립 재생 에너지 연구소, Oak Ridge 국립 연구소, Michigan Technological University, University of California at San Diego 및 Worcester Polytechnic Institute 간의 협력으로 이루어졌습니다.