리튬 배터리를 분쇄하면 재활용에 도움이 될까요?

연구진은 기계적 힘을 이용해 배터리에서 리튬을 소규모로 회수했다.

오래된 배터리를 분쇄하면 배터리에 사용된 리튬 및 기타 금속을 재활용하는 저에너지 방법이 될 수 있습니다.

리튬 이온 배터리는 휴대폰, 노트북, 무선 헤드폰 등 모든 개인용 기술에 사용되며 전기 자동차에 전원을 공급합니다. 그들이 없었다면 우리의 삶은 매우 달라졌을 것입니다.

현재 2차 전지에 사용되는 리튬은 고온으로 가열하거나 농축된 산과 유기용매로 처리하여 재활용되고 있습니다. 리튬이 얼마나 재활용되는지에 대한 추정치는 다양하지만 리튬 배터리 컨설턴트인 Hans Eric Melin의 계산에 따르면 배터리 금속의 약 15%가 회수되는 것으로 나타났습니다.

독일 Karlsruhe Institute of Technology의 재료 과학자인 Oleksandr Dolotko와 그의 동료들은 리튬 이온 배터리에서 리튬을 회수하기 위해 기계화학(분쇄 또는 밀링에서 기계적 힘에 의해 화학 반응이 시작됨)을 사용했습니다.

이러한 배터리에는 리튬 화합물과 코발트 또는 니켈과 같은 기타 금속이 포함되어 있습니다. 이러한 금속의 공급이 크게 부족하지는 않지만, 화석 연료 에너지에서 벗어나는 전환의 일환으로 배터리 구동 장치가 점점 더 보편화되고 있기 때문에 금속 재활용이 더욱 중요해지고 있습니다. 유럽연합은 2031년까지 모든 배터리의 리튬 회수율을 80% 목표로 설정했습니다.

Dolotko 팀은 다양한 성공을 거둔 두 가지 추출 방법을 개발했습니다. 그들은 먼저 리튬 코발트 산화물 배터리에서 양극 재료를 가져와 같은 양의 알루미늄 호일과 결합했습니다. 실제 배터리에는 알루미늄이 포함되어 있는데, 이를 '전류 수집기'로 사용하여 전자가 배터리 밖으로 이동할 수 있도록 합니다. 연구진은 볼밀러라고 불리는 분쇄기를 사용하여 화합물을 혼합했습니다. 3시간 후, 알루미늄은 양극 물질과 반응하여 불용성 산화알루미늄, 금속 코발트 및 수용성 산화리튬의 혼합물을 생성했습니다.

수성 침출 및 추가 정제로 알려진 분리 방법을 통해 재활용된 리튬 화합물인 탄산리튬이 생성되었으며, 이는 더 많은 배터리를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

그러나 이러한 반응으로 회수된 금속은 30%에 불과했습니다. "어딘가에서 리튬이 손실되었습니다"라고 Dolotko는 말했습니다. 그래서 Dolotko 팀은 실험을 수정했습니다. 두 번째 버전은 단계가 더 적었습니다. 볼 밀링에서 나온 혼합물을 물로 가열했습니다. 이는 리튬을 가두는 불용성 리튬알루미늄 산화물의 형성을 방지했습니다.

연구팀은 배터리에 사용되는 다양한 음극 재료와 음극 혼합물을 사용하여 두 공정을 모두 테스트했습니다. 개선된 공정은 혼합된 양극재로부터 리튬의 75%를 회수했습니다.

기계화학은 일반적으로 상업적인 화학 공정에 사용되지 않으며 기계적 힘이 어떻게 화학 반응을 시작하는지 정확하게 이해되지 않는다고 Dolotko는 말합니다. "어떻게 그런 일이 일어나는지 말하기는 정말 어렵습니다. "라고 그는 말합니다. 아마도 공정의 특정 지점에서 온도가 상승하거나 마찰로 인해 일부 중간 생성물이 생성될 수 있다고 그는 제안합니다. 그러나 밀링은 그가 예상한 대로 알루미늄이 환원제 역할을 하도록 유도했습니다.

이 기계화학적 재활용 공정은 소규모 실험실 규모의 시연이므로 판도를 바꾸는 기술이라기보다는 원리 증명이라고 런던에 본사를 둔 리튬 관련 컨설팅 회사인 Circular Energy Storage의 이사인 Melin은 말합니다. -이온 배터리 수명 종료 시장. 그는 배터리 재활용은 단순히 새로운 기술을 개발하는 것보다 더 복잡하고, 원자재의 경제성과 전기차 등 배터리를 사용하는 기술의 채택이 그만큼 중요하다고 지적한다.

멜린은 “현재 우리는 2030년에 필요한 리튬이 어디서 나올지 실제로 알 수 없는 상황에 처해 있다”고 말했다.

Dolotko는 공정을 개선할 수 있는 기회가 있으며 동시에 배터리에서 코발트와 니켈을 포함한 다른 금속을 추출하기 위해 노력하고 있다고 말했습니다.