에너지연, 폐배터리 재활용 난제 풀었다…“집전체 완벽 분리”

디에틸렌글리콜로 집전체 분리·양극재 재생
NCM 양극재 99.1%·LFP 양극재 99.7% 회복

우중제 한국에너지기술연구원 광주친환경에너지연구센터 박사 연구진이 개발한 집전체 분리 기술 공정 모식도./한국에너지기술연구원

국내 연구진이 폐배터리 직접 재활용의 난제로 꼽혔던 집전체 분리가 가능한 재생기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 광주친환경에너지연구센터 우중제 박사 연구진이 집전체 분리 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

연구진이 개발한 기술은 양극재에 포함된 집전체를 완벽하게 분리하는 것이 특징이다. 집전체는 배터리 안에서 전기가 잘 흐르도록 돕는 역할을 해 충·방전 시에도 떨어지지 않도록 강하게 부착돼 있지만, 배터리 재활용 시에는 강한 접착력 탓에 유해 화학물질이 포함된 특수 용액으로만 녹일 수 있다. 또 과정 중 일부 잔유물은 내부로 흡수되고 재구성된 전극의 성능을 떨어트린다는 점이 지적받아왔다.

이를 해결하기 위해 연구진은 용액 기반의 재활용 공정을 개발했다. 폐양극재를 디에틸렌글리콜 용액에 담궈 130도(℃)로 가열하면 산화 반응이 일어나 글리콜알데하이드로 변한다. 다른 분자와 쉽게 결합하는 특성을 가진 글리콜알데하이드는 양극재와 집전체 사이의 접착력을 떨어트려 집전체를 완전히 분리할 수 있다는 설명이다.

또 분리와 동시에 디에틸렌글리콜이 산화되며 발생하는 전자로 양극재에 리튬이온을 재충전할 수 있게 했다.

개발된 공정으로 전기차에 사용되는 NCM·LFP 양극재를 재생한 결과, NCM 양극재는 신품 용량 대비 99.1% 수준으로, LFP 양극재는 99.7% 수준으로 회복됐다.

아울러 전기차용 50암페어 시(Ah) 배터리에서 채취한 열화 양극재를 복원해 소형 테스트 셀에 적용한 결과, 방전용량이 30.6 밀리암페어(mAh)에서 34.6mAh로 향상되는 것을 확인해 실제 전기차 환경에도 적용이 가능하다는 것을 입증했다.

연구를 주도한 송진주 박사는 "이번 기술은 폐배터리 양극재를 녹이지 않고도 재활용할 수 있어, 폐수 발생으로 인한 환경오염을 일으키지 않고 쓰이는 에너지도 줄일 수 있는 친환경 기술"이라며 "공정이 간단하고 공정을 위한 밀폐 환경 등이 필요하지 않아 산업 현장 적용성이 매우 높다"고 말했다.