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미국 일리노이대학교 연구진이 리튬이온 폐배터리에서 리튬을 저렴하게 추출할 수 있는 전기화학 기술을 개발해 관련업계의 시선을 끌고 있다.
이 기술은 상업화 가능성이 높은 데다 환경 부담도 적어 리튬 공급망의 지속 가능성을 높일 수 있는 대안으로 주목받고 있다고 과학기술 전문매체 뉴아틀라스가 지난달 30일(현지시각) 보도했다.
이 연구를 주도한 일리노이대학교 어바나-섐페인 캠퍼스 화학·생체분자공학과의 샤오 수 교수팀은 사용 후 수명이 다한 리튬이온전지를 분해한 뒤 유기용매에 담가 금속 이온이 녹아든 브라인(brine) 용액을 만들어냈다. 브라인 용액이란 리튬, 코발트, 니켈 등 금속 이온이 용해된 용액을 말한다. 이 안에는 리튬 외에도 다양한 금속 성분이 섞여 있었지만 연구진은 여기에 특수 고분자 전극을 투입해 전기 신호를 주는 방식으로 오직 리튬 이온만 선택적으로 추출하는 데 성공했다.
이 전극은 리튬에만 선택적으로 결합하는 분자 구조와 전류에 반응하는 기능을 동시에 갖춘 공중합체(copolymer)로 제작됐으며 일종의 ‘분자 스펀지’처럼 작용해 리튬 이온만을 빨아들이는 방식이다. 다른 금속 이온은 남기고 리튬만을 효율적으로 회수할 수 있는 셈이다.
연구팀에 따르면 이 기술은 리튬 1㎏을 회수하는 데 약 12.70달러(약 1만8600원)의 비용이 든다. 이는 기존의 대표적 회수 기술인 산(酸) 침출 방식이나 고온 제련 방식보다 훨씬 저렴하다. 현재 리튬의 국제 시세는 ㎏당 약 13.17달러(약 1만9300원)로 새 기술은 시장가보다도 싼 비용으로 리튬을 회수할 수 있다는 점에서 실용성과 경제성을 동시에 갖췄다는 평가를 받고 있다.
게다가 이 전극은 500회 이상 반복 사용해도 성능 저하 없이 전기전도성이 유지됐으며 공정 과정에서 유해 화학 폐기물이 발생하지 않아 친환경 기술로도 높은 평가를 받고 있다.
샤오 수 교수는 “이번 연구는 유기용매에서 금속을 선택적으로 분리하는 전기화학 기술의 폭넓은 응용 가능성을 보여준다”며 “리튬의 순환 경제를 가능하게 하고 광산 채굴에 의존하지 않는 공급망을 구축할 수 있는 중요한 단초가 될 것”이라고 밝혔다.
그는 “앞으로 이 기술이 상업적으로 실현될 수 있도록 더 넓은 규모에서 공정 안정성과 수율을 검증하는 연구를 이어갈 계획”이라고 덧붙였다.
