마이크로웨이브 공정으로 배터리 폐기물에서 리튬 회수 가속화 및 친환경 추출법 발견

Seoul라이스 대학교의 연구진, 풀리켈 아자얀 교수의 지도 아래, 사용된 리튬 이온 배터리에서 리튬을 회수하는 새로운 방법을 발견했습니다. 이 방법은 기존 기술보다 더 빠르고, 더 깨끗하며, 더 친환경적입니다. 연구진은 마이크로파 방사선과 생분해성 액체를 사용하여 단 30초 만에 최대 50%의 리튬을 회수할 수 있었습니다.

리튬은 스마트폰, 노트북, 전기차에 사용되는 배터리 제작에 매우 중요한 요소입니다. 전기차의 증가와 배출가스 감축 노력 덕분에 리튬의 수요가 크게 늘고 있습니다. 2023년, 글로벌 리튬 이온 배터리 시장은 650억 달러 이상의 가치가 있었고, 향후 8년 동안 23% 이상의 성장이 예상됩니다. 이러한 성장은 리튬 공급망에 압박을 주어 효율적인 재활용 방법이 필수적입니다.

전통적인 재활용 방법은 잘 작동하지 않으며 환경에 해를 끼칩니다. 강한 산과 많은 에너지를 사용하면서도 리튬의 5% 미만만 회수하는 실정입니다. 심층 유테크틱 용매(DES)와 같은 새로운 친환경 방안도 효율성과 비용 문제를 안고 있습니다.

라이스 대학교 연구자들은 콜린 클로라이드와 에틸렌 글리콜을 이용한 새로운 심층 공융 용매(DES) 제조 방법을 개발했습니다. 다음은 그들의 연구에서 중요한 발견입니다:

전자레인지 방사선은 회복 과정을 가속화합니다. 30초 만에 리튬을 선택적으로 회수할 수 있으며, 전통적인 오일 배스 가열 방식은 동일한 회수율을 위해 12시간이 걸립니다. 전자레인지 방법은 15분 만에 87%의 리튬 회수율에 도달합니다. 또한, 짧은 가열 사이클 덕분에 전자레인지를 활용한 용매의 안정성이 더 좋습니다.

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리튬이온 배터리(LIB)를 재활용하는 것은 리튬, 코발트, 니켈과 같은 주요 금속을 회수하는 데 중요하다고 설명한 이 연구의 주요 저자 중 한 명인 박사후 연구원 소히니 바타차리아 박사는 현재의 재활용 방법이 리튬을 가장 나중에 회수하여 오염과 손실을 초래한다고 설명했습니다. 새로운 마이크로파 기반 방법은 리튬을 먼저 회수하는 것에 중점을 두어 과정을 더 효과적이고 효율적으로 만듭니다.

주요 저자 중 한 명인 살마 알하심은 DES 용액의 콜린 염화물이 마이크로파를 흡수하고 리튬을 선택하여 코발트나 니켈과 같은 다른 금속보다 우선시한다고 설명했다. 이 방법은 전통적인 방법보다 거의 100배 더 빠르며, 오일 배스와 같은 장시간 가열 방법에서 발생하는 DES의 분해도 방지한다.

이 새로운 방법은 리튬이온 배터리의 재활용 방식을 혁신적으로 바꿀 수 있으며, 비용을 절감하고 환경에도 긍정적인 영향을 미칩니다. 이를 통해 회수할 수 있는 재료의 양이 증가하고 자연에 미치는 피해가 줄어듭니다. 연구자들은 DES 기반 재활용을 대규모로 적용하면 업계 발전에 크게 기여할 수 있다고 보고 있습니다.

이번 혁신은 사용된 배터리에서 리튬을 회수하는 과정이 앞으로 더 빠르고 깨끗하며 효율적으로 이루어질 수 있음을 보여줍니다. 이는 리튬 수요 증가에 대응하고 현재 재활용 방법의 환경적 문제를 해결합니다. 이 연구는 Advanced Functional Materials에 발표되었으며, 지속 가능한 기술로 가는 중요한 도약입니다.