한국연구재단은 가천대 윤문수 교수와 미국 매사추세츠공대(MIT) 주리 교수, 중국 칭화대 얀하오동 교수 공동 연구팀이 폐배터리를 고에너지 밀도의 양극재로 재생할 수 있는 업사이클링 공정을 개발했다고 14일 밝혔다.

폐배터리 증가에 따른 환경오염과 자원 낭비 문제로 사용후 리튬이온전지의 양극재를 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 기존 산업계에서 널리 쓰이는 습식제련 공정은 금속 원소를 추출하는 과정에서 다량의 폐수가 발생하는 문제가 있다.

연구팀은 고에너지 볼밀 과정 없이 저에너지·저온에서도 이온을 확산시킬 수 있는 공융염(둘 이상의 염이 혼합될 때 기본보다 훨씬 더 낮은 온도에서 녹는 용융점을 갖게 되는 혼합염) 기반의 준액상(고체와 액체의 중간 성질을 띠는 물질로, 높은 유동성 덕분에 화학반응을 촉진할 수 있음) 공정을 개발했다.

강한 회전과 공전 운동을 통해 입자 간 마찰을 일으키는 방법으로 공융염 혼합물을 준액상 상태로 만들어 양극 소재에 적용하면 리튬·니켈 금속이 소재 표면에 균일하게 공급돼 고성능의 니켈리치 양극(니켈 함량이 70% 이상인 양극소재)을 구현할 수 있다.

연구팀이 개발한 니켈리치 양극재 용량은 1ｇ당 198mAh(밀리암페어시)로 기존 건식 방식의 직접 재활용 제품보다 크고, 쿨롱 효율(충전한 전지를 방전시킨 후 다시 충전했을 때 얼마나 충전되는지를 나타내는 것으로, 충·방전 효율을 보여주는 값)도 87.3%로 높게 나타났다.

700mAh급 배터리 테스트에서 300사이클 후에도 88.1%의 용량을 유지하며 산업적 실용화 가능성을 입증했다.

윤문수 교수는 "특별한 장비 없이도 기존 양산 장비만으로 폐배터리 양극 소재를 고성능 단결정 양극으로 재생할 수 있다"며 "사용후 배터리 업사이클링 공정 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.