LIB 양극 재활용을 위한 또 다른 저비용 친환경 기술이 공개되었습니다.
| Jerry Huang
편집자 주: 가전제품, 전기자동차, 그리고 그리드 에너지 저장 장치의 급속한 발전으로 리튬 이온 배터리(LIB)에 대한 수요가 급증했습니다. 그러나 수명이 6~8년에 불과한 리튬 이온 배터리는 2030년까지 1,100만 톤 이상의 배터리가 수명을 다할 것으로 예상되며, 이는 전례 없는 자원 고갈, 환경적 위험, 그리고 경제적 어려움을 야기할 것으로 예상됩니다. 현재 이러한 재활용 노력은 리튬, 코발트, 니켈, 망간과 같은 고부가가치 원소를 함유한 재활용 양극재(특히 적층 금속 산화물, LMO)에 집중되어 있습니다.
다음은 PKU의 Quanquan Pang 팀과 WUT의 Jiashen Meng 공동 팀이 폐리튬이온전지 양극재, 특히 LMO의 재활용에 대해 제시한 또 다른 접근 방식입니다. 모든 연구진에게 깊은 존경을 표하며 감사드립니다.
특히, 이 LTMS-ECR 방식은 전극을 "검은 가루"로 분쇄하는 단계 없이 알루미늄 전류 집전체에 여전히 부착된 소모된 음극을 직접 처리하고 전처리 단계를 크게 단순화합니다.
LTMS-ECR 기술은 재사용 가능한 저렴한 용융염 전해질과 Li2O, 그리고 고부가가치 부산물인 Co3O4와 LiCl을 사용하기 때문에 폐배터리 재활용 시 kg당 1.86달러의 높은 수익성을 달성할 수 있는 잠재력이 있다고 주장되며, 이는 건식야금 및 습식야금 기술에 비해 거의 10배 향상된 수치입니다.
기술적, 경제적, 환경적 영향 분석 결과, LTMS-ECR은 탁월한 경제적 타당성과 탄소 지속가능성을 보여줍니다. 높은 회수 효율, 낮은 에너지 소비, 그리고 환경 친화성은 양극재 재활용에 있어 혁신적인 화학적 경로를 제시합니다.
추상적인
전기화학적 재활용(ECR)은 재생 에너지를 활용하여 폐층 금속 산화물(LMO)을 분해하는 유망한 전략을 제공합니다. 그러나 현재의 ECR 접근법은 알칼리 탄산염 또는 염화물 용융물을 전해질로 사용하는 고온 작동(최대 750°C)에 국한되어 있어 열 입력에 많은 에너지가 소모됩니다. 본 연구에서는 AlCl3-LiCl로 구성된 저융점 알칼리 클로로알루미네이트 용융 전해질을 제안하며, 이를 통해 150°C의 낮은 온도에서도 ECR 전기분해가 가능합니다. 알칼리 클로로알루미네이트 용융물에서 산소(O₂) 전하 운반체의 높은 용해도로 인해 LMO 양극은 전기화학적 환원 분해를 거쳐 원소 전이 금속과 염화리튬(LiCl)을 생성합니다. 중요한 점은 두 생성물이 Li₂O를 첨가한 용융물에 불용성이며, 간단한 물 침출 처리를 통해 분리할 수 있다는 것입니다. 특히, 불활성 TiN 양극을 사용함으로써 전기분해 중 CO₂ 배출을 O₂ 생성으로 대체하여 탄소 중립화에 더욱 기여합니다. 저온 용융염 전해질 ECR(LTMS-ECR) 방식을 사용하면 LiCoO₂에서 97.3%의 높은 코발트 회수율을 달성할 수 있습니다. 기술경제 분석에 따르면 LTMS-ECR 기술은 에너지 소비와 CO₂ 배출을 약 20% 절감하고 기존 방식 대비 수익성이 거의 10배 높은 것으로 나타났습니다. 이 방식은 에너지 효율적이고 지속 가능하며 경제적으로 실행 가능한 폐리튬이온전지(LIB) 재활용을 위한 혁신적인 대안을 제시합니다.
참고문헌
https://doi.org/10.1002/adma.202512984