지질연구원, 폐리튬이온배터리서 양극재 물질 확보한다

폐리튬이온배터리 '블랙파우더'에서 양극재 98% 이상 회수 성공

ICT기술 융합한 부유선별 공정 상태 인식 시스템·제어 알고리즘 적용

국내 대기업과 상용화 추진 나서…베터리 산업 경쟁력 강화 기대

[대전=뉴시스] 해체된 배터리 팩(위)과 블랙파우더, 선별 회수된 양극 및 음극 물질(아래). *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국지질자원연구원(KIGAM)은 자원활용연구본부 유광석 박사팀이 폐리튬이온배터리 해체과정에서 나오는 블랙파우더에서 양극재 물질을 분리·선별해 회수하는 공정을 개발했다고 31일 밝혔다.

블랙파우더(Black Powder)는 폐배터리를 셀(cell)단위까지 분리하고 잘게 분쇄하면 나오는 가루로 니켈·코발트·망간 등 양극재인 리튬금속산화물과 음극재인 흑연, 금속 전극(Foil)인 알루미늄과 구리, 소량의 전해물질(Electrolyte solution)과 카본블랙, 결합재(Binder)로 구성돼 있어 유용 금속들을 추출할 수 있다.

블랙파우더 내 양극재의 입자 크기는 20㎛(마이크로미터) 이하로 일반적인 부유선별 과정에서 비말동반(Entrainment·기포 층에 물과 함께 유입돼 운반되는 현상)으로 양극재 손실이 발생한다.

이번에 유 박사팀은 광물 선별방법인 부유선별 공정을 활용, 폐리튬이온배터리의 블랙 파우더에 함유된 양극재 물질을 회수하는 공정 및 운영 기술을 개발했다.

특히 양극재의 비말동반 현상에 따른 손실을 최소화하기 위해 부유선별 공정회로와 최적의 광액 농도, 반응(체류)시간, 입자 유동, 기포 층 두께 등을 제어하는 운전조건을 개발하고 이를 바탕으로 폐리튬이온배터리의 블랙 파우더에 함유된 양극재 물질의 98% 이상을 회수하는데 성공했다.

선별된 양극재 물질은 리튬·니켈·코발트·망간 등 리튬금속산화물과 금속 전극인 알루미늄 및 구리다.

연구공정의 핵심 제어인자는 광액 농도, 광액의 투입량과 배출량(속도), 교반속도, 시약 투입량, 공기 투입량 등으로 ICT기반의 부유선별 제어 기술을 적용해 최적의 상태를 유지할 수 있다.

이번 기술 개발 성공으로 국내 재활용 기업들이 블랙파우더에서 나온 양극 물질로부터 리튬 등 삼원계(니켈·코발트·망간 등)를 회수하는 고순도화 정제공정의 효율성과 생산성을 높이고 운영비 절감에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

기술개발을 주도한 유광석 박사는 "개발된 기술과 공정은 중국 등 해외 기업과의 차별성을 바탕으로 국내 기업의 경쟁력을 확보하는 데 크게 기여할 것"이라며 "기술을 고도화해 국내 기업에 이전 및 상용화하고 지속적인 기술지원을 통해 국가 배터리 산업 경쟁력 확보에 최선을 다하겠다"고 밝혔다.

유 박사팀은 ㈜GS건설(에너지머트리얼즈)과 블랙 파우더 내 양극재 회수를 위한 부유 선별기 형상 설계 및 실증화 기술을 추가로 진행할 예정이다.

지질자원연구원 이평구 원장은 "광물자원의 재활용은 이제 친환경이라는 수식어가 필수적으로 들어가야한다"며 "모두가 안심하고 활용할 수 있는 친환경 자원활용 기술 개발과 핵심광물 확보를 위해 지원을 아끼지 않겠다"고 말했다.


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