폐배터리 재활용 판 바꾼다…'저온 플라즈마' 회수 기술 개발

켄텍 공동연구팀, 독성 용매 없이 배터리 재활용 길 열어

저온 플라즈마를 활용한 배터리 직접 재활용 기술 모식도. (그래픽=켄텍 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

[나주=뉴시스]이창우 기자 = 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍)와 한국에너지기술연구원(KIER) 공동연구팀이 폐배터리에서 니켈·코발트·망간(NCM) 양극 활물질과 알루미늄 포일을 동시에 회수하는 친환경 플라즈마 기반 재활용(Plasma-assisted direct recycling) 기술을 개발했다.

27일 켄텍에 따르면 이번 기술은 기존 고온 건식제련이나 습식제련 과정에서 발생하는 높은 에너지 소비와 산성 폐수 문제를 줄일 수 있는 새로운 배터리 재활용 방식이다.

연구팀은 반도체 세정 공정에서 주로 활용하는 저온 플라즈마를 전극에 적용해 불소계 바인더(PVDF)의 화학결합(C-F)을 선택적으로 끊는 방식으로 소재를 분리했다.

전극을 녹이거나 분쇄하지 않고도 핵심 소재를 자연스럽게 분리할 수 있는 혁신적인 메커니즘을 완성했다.

성능 면에서도 높은 효율을 입증했다.

(왼쪽부터) 서동한 교수, 최신호 센터장, 이소영 학생, 권오준 연구원, 진우영 선임연구원. (사진=켄텍 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

회수한 양극재로 제작한 파우치형 배터리는 상온에서 300회 충·방전 후에도 95.7%의 용량 유지율을 기록해 새 양극재를 사용한 배터리(96.2%)와 유사한 성능을 보였다.

특히 이번 기술은 2차 환경 오염을 유발하는 강산이나 유독성 유기 용매를 전혀 사용하지 않으며, 공정에 사용된 용액을 지속적으로 재사용할 수 있어 대량 생산(Scale-up)과 상용화에 최적화됐다.

기존 고온 가열 공정을 저온 플라즈마로 대체해 에너지 소비도 줄였다.

연구팀은 "고순도 소재를 동시에 회수하고 용액을 반복 사용할 수 있는 플라즈마 기반 공정은 배터리 재활용의 에너지 소비와 환경오염 문제를 개선할 수 있는 기술"이라며 "글로벌 배터리 순환경제를 실현할 핵심 상용화 기술로 발전시켜 나가겠다"고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 과학기술연구위원회(NST) 및 기후에너지환경부 산하 한국에너지기술평가원(KETEP) 등의 지원을 받았다.

켄텍 서동한 교수와 KIER 최신호 센터장이 공동 교신저자로, 켄텍 이소영 박사과정생과 KIER 진우영 선임연구원·권오준 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며 연구 결과는 화학공학 분야의 권위 있는 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 지난 3일 게재됐다.


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