[쿠키과학] '폐 이차전지를 고전압 전지로'… 지질자원연, 친환경 업사이클링 공정 개발

[쿠키과학] '폐 이차전지를 고전압 전지로'… 지질자원연, 친환경 업사이클링 공정 개발

고온·강산 공정 없이 리튬이온전지 재활용
250사이클 후 70% 이상 효율을 유지
자원순환형 이차전지 생태계 구축 기대

기사승인 2025-08-06 15:45:18
한국지질자원연구원이 개발한 순환형 레독스흐름전지(RFB) 업사이클링 공정. 한국지질자원연구원

전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 보급이 급증하면서 폐 리튬이온전지를 재활용하는 연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 이차전지 재활용 공정은 에너지 소모와 환경 부담이 커 개선이 필요한 상황이다.

한국지질자원연구원(KIGAM)이 폐배터리를 고전압 에너지저장장치에 활용할 수 있는 전기화학 기반 친환경 업사이클링 기술을 6일 공개했다.

KIGAM 자원활용연구본부 한요셉 박사팀은 폐 리튬이온전지 양극재인 리튬망간산화물(LMO)을 전기화학반응으로 직접 활용할 수 있는 기술을 개발했다. 

연구팀은 이 기술을 차세대 에너지저장장치로 주목받는 아연-망간 레독스흐름전지(Zn-Mn RFB)에 성공적으로 접목, 실용가능성을 입증했다. 레독스흐름전지는 전해질의 산화·환원 반응을 통해 전기에너지를 저장하고 방출하는 시스템이다.

이번 연구는 폐배터리에서 추출한 LMO를 전기화학반응을 통해 망간 이온(Mn²⁺)으로 전환하고, 이를 레독스흐름전지의 전해액으로 활용해 자원의 단순 회수를 넘어 부가가치를 높인 실질적 순환기술을 구현해 큰 의미를 갖는다.

이를 통해 전해액은 수소이온농도 조절만으로 망간과 리튬을 손쉽게 분리, 재사용 가능한 전구체로 전환할 수 있어 폐배터리를 전해액으로 활용하고, 다시 새로운 이차전지 소재로 전환하는 자원순환형 배터리 생태계를 구축할 수 있다.

기존 폐배터리 재활용 공정은 900℃ 이상에서 금속을 추출하는 고온제련, 강산과 복잡한 화학처리를 수반한 습식제련으로, 이들 방식은 에너지 소모가 크고 환경오염 우려가 높아 상용화에 제약이 많았다. 

기존 이차전지 재활용 방법과 레독스 흐름 전지 기반 업사이클링 공정 비교. 한국지질자원연구원

이번 기술은 별도의 고온과 강산 처리가 필요 없는 전기화학 기반 공정으로, 에너지 및 환경 부담을 획기적으로 줄일 수 있다.

연구팀은 폐배터리에서 얻은 리튬망간산화물을 단순 분해하지 않고, 전기화학 반응을 유도해 망간이온으로 전환한 뒤 전해액에 적용했다. 

그 결과 기존 황산망간(MnSO4) 기반 전해액과 유사한 초기 성능을 보였고, 250사이클 후에도 70% 이상 에너지 효율을 유지했다.

특히 연구팀은 물질의 이동을 물리·화학적으로 선택적으로 제어하는 멤브레인 하이브리드 레독스흐름전지 구조를 통해 고전압과 장기 사이클 안정성도 확보했다.

이는 고효율·장수명 에너지저장시스템의 핵심 기술로 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

한 박사는 "이번 연구는 기존 재활용 기술의 복잡성과 환경적 부담을 극복한 것으로, 폐배터리 자원의 효율적 순환과 에너지 저장기술 고도화를 통해 탄소중립과 자원순환사회 실현에 기여할 것“이라고 말했다.
이재형 기자
jh@kukinews.com
이재형 기자
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