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美 개발한 새 리튬이온 배터리 재활용 기술 '성능 그대로, 수명 늘고 쓰레기 줄고'

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美 개발한 새 리튬이온 배터리 재활용 기술 '성능 그대로, 수명 늘고 쓰레기 줄고'

2021.10.25 07:00
게티이미지뱅크
게티이미지뱅크

미국 과학자들이 시장에서 판매되는 기존 제품의 수명을 뛰어넘는 재활용 리튬이온 배터리를 개발했다. 기존 리튬이온 배터리와 같은 성능을 내면서 수명이 더 길어 향후 시장의 게임체인저가 될 것이란 평가가 나온다. 또 배터리의 주요 부분은 계속해서 재활용이 가능해 환경오염도 획기적으로 줄일 것으로 기대를 모은다. 


미국 우스터폴리테크닉대 기계공학과 얀 왕 교수 연구팀은 수명 33~53% 끌어올리고 환경 오염을 줄인 재활용 리튬이온 배터리를 개발했다고 국제학술지 '줄'에 16일 발표했다.


리튬이온 배터리는 방전 과정에서 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하면서 전기를 생산하는 원리로 작동한다. 가볍지만 에너지 밀도가 높아 스마트폰과 전기차 등 전기를 쓰는 주요 장치의 전력 공급원으로 사용된다. 하지만 사용량이 늘면서 수명이 다한 폐배터리가 환경 오염을 유발하는 골칫거리로 떠올랐다. 매립할 경우 폐배터리에서 나온 전해액과 전극에 사용한 중금속이 토양과 지하수를 오염시키고 소각할 경우 유해물질을 배출한다. 환경부에 따르면 국내 전기차에서 나오는 폐배터리는 지난해 275개에 머물지만 전기차 보급이 늘면서 2025년 연간 3만1695개, 2030년 10만7520개로 급증할 것으로 전망된다.

 

연구팀은 리튬이온 폐배터리를 재활용하는 기술을 개발했다. 리튬이온 배터리는 양극과 음극, 전해질, 분리막으로 구성된다. 연구팀은 폐배터리를 파쇄한 다음 포장재와 내부의 알루미늄, 구리선, 플라스틱을 각각 분리하고 남은 물질을 용해시키는 방법을 개발했다. 이런 방식으로 음극 소재로 쓰인 흑연과 탄소, 양극 소재로 쓰인 니켈과 망간, 코발트가 분리된다.

 

연구팀은 양극 소재에서 추출된 3종의 중금속을 같은 비율로 혼합한 다음 다공성 미세구조를 형성했다. 리튬 이온의 이동을 용이하게 하기 위해서다. 연구팀은 "재활용해 만든 배터리는 기존 배터리와 유사한 수준의 에너지 밀도를 보이면서 더 긴 수명을 갖는다"며 "최대 1만1600번 충방전이 가능하다"고 말했다. 


왕 교수는 2015년 배터리를 재활용하는 스타트업 '배터리 리소스'를  설립했다. 2022년에는 1만t 이상의 폐배터리를 처리하는 공장의 문을 연다.  왕 교수는 "재활용 배터리의 성능에 대한 업계의 의심을 없앴다"며 "친환경적이고 지속가능한 형태로 리튬이온 배터리의 이미지가 바뀔 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 이번 기술 개발에는 왕 교수팀 외에도 미국 에너지부와 자동차회사 포드로 구성된 미국 배터리 개발 컨소시엄 'USABC', 미국 배터리 회사 '에이123 시스템즈' 소속 연구자들도 참여했다.

 

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