美 과학자, '산 없는' 리튬이온 배터리 재활용 기술 개발... 에너지 소비 획기적 감축

미국 텍사스주 휴스턴에 위치한 라이스 대학교(Rice University)의 연구진이 기존 상업용 시스템의 단점인 산성 처리, 폐수 발생, 높은 에너지 요구 없이 리튬이온 배터리의 핵심 금속을 분리하는 혁신적인 재활용 기술을 개발했다고 12일(현지시각) 리사이클링 인터네셔날이 보도했다.

화학자 제임스 투어 교수가 이끄는 연구팀이 개발한 이 기술은 '2단계 플래시 줄 가열-염소화 및 산화 기법(FJH-ClO)'이다.


FJH-ClO 방법은 전극 재료를 분해하기 위해 수시간 동안 강한 산을 사용하는 전통적인 공정과 달리, 순간적인 강렬한 열의 폭발을 사용한다.

1단계는 파쇄된 배터리 폐기물을 플래시 줄(Joule) 가열 하에 염소가스에 노출시켜 복합 구조를 분해한다.
2단계로는 공기 중에서 두 번째 급속 가열 단계를 거친다. 이때 대부분의 전이 금속은 산화물로 변환되는 반면, 리튬은 산화에 저항하여 염화물 형태로 남게 된다.

리튬은 염화물 형태로 남아있기 때문에 물만 사용하여 쉽게 추출할 수 있다.

투어 교수는 이 공정이 "배터리 재활용이 산성 침출에 의존해야 한다는 생각에 도전하기 위해 설계되었다"며, 귀중한 재료를 손상시키거나 환경에 해를 끼치지 않고 빠르고 정밀하게 추출한다고 강조했다.


연구팀에 따르면, 이 유선형 시퀀스는 리튬, 코발트, 흑연을 포함한 거의 모든 핵심 배터리 재료를 고순도로 회수한다.
초기 평가 결과, 시범 규모에서도 기존 공정에 비해 약 절반의 에너지와 최대 95% 적은 화학물질을 사용할 수 있는 것으로 나타났다.

이 시스템은 확장에 적합하며, 연구팀은 Flash Metals USA를 통해 상업적 개발을 추진하여 이 기술을 배터리 재료 공급망에 통합하는 것을 목표로 하고 있다.

FJH-ClO 공정이 성공할 경우, 1차 채굴 의존도를 줄이고 지속 가능한 순환 리튬이온 배터리 회수를 위한 새로운 기준을 마련할 것으로 기대된다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com