열처리로 리튬이온 전지 재활용 개선 ^{CEFR B2}

전기차와 소비자 전자기기에서 리튬이온 전지 사용이 급증하면서 더 효율적이고 환경에 덜 해로운 재활용 방법에 대한 요구가 커졌다. 기존 재활용 공정은 오랜 화학 처리와 강한 산 사용, 높은 에너지 소비, 폐수 발생을 수반하는 경우가 많다. 라이스 대학교 연구진은 이러한 문제를 줄이기 위한 대안으로 FJH-ClO(플래시 줄 가열-염소화 및 산화) 공정을 개발해 보고했다. 연구 결과는 Advanced Materials에 실렸다.

FJH-ClO는 짧은 열 폭발(플래시 줄 가열)과 제어된 가스를 이용한 두 단계 공정이다. 첫 단계에서 재료를 염소 가스 아래서 잠깐 가열하면 리튬과 전이금속을 묶고 있던 화합물이 분해된다. 두 번째 단계에서 공기 중에서 짧게 가열하면 대부분의 금속이 산화물로 전환되어 리튬과 분리된다. 리튬은 염화물 상태로 남아 물에 용해되어 손쉽게 제거할 수 있다.

실험 결과는 이 방법이 산을 사용하지 않고 빠르고 제어된 반응으로 거의 모든 유가 물질을 높은 순도로 회수함을 보여주었다. 회수 물질로는 리튬, 코발트, 흑연 등이 있다. 초기 분석에서는 이 공정이 기존 방법에 비해 에너지를 약 절반 정도만 필요로 하고 화학물질 사용을 95% 줄일 수 있으며 비용도 크게 낮출 수 있다고 보고했다.

이 공정은 실험실 규모에서 입증되었고, 연구팀은 Flash Metals USA(메탈리움 유한회사의 사업부)를 통해 공정 확대를 계획한다. 팀은 이를 대규모 전지 자원 회수의 기초로 삼아 원광 채굴 의존도를 줄이는 방안으로 제안했다. 제임스 투어 교수는 FJH-ClO가 유가 물질을 손상시키지 않으면서 빠르고 정밀하게 추출한다고 설명했고, 주저자 쉬첸 쉬는 과학적 타당성과 실용성 사이의 균형을 강조하며 보람을 느낀다고 말했다. 연구 지원은 DARPA, Air Force Office of Scientific Research, US Army Corps of Engineers가 제공했다.