울산과학기술원(UNIST)은 폐배터리 속 니켈과 코발트를 99% 순도로 95% 이상 회수할 수 있는 친환경 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

지구환경도시건설공학과 김귀용 교수팀은 다기능성 특수 용매를 이용하는 전기화학 공정으로 폐배터리에서 니켈과 코발트를 선택적으로 분리·회수하는 데 성공했다.

폐배터리는 '도시 광산'으로 불릴 만큼 니켈, 코발트, 망간 등 금속 자원을 다량 포함하고 있지만, 여러 금속이 한데 섞인 탓에 이를 분리해 쓰기 어렵다.

분리하려면 황산과 화학 추출제를 써야 하는데, 이 과정에서 유해 폐수가 발생할 뿐만 아니라 공정이 복잡해 에너지 효율도 낮다.

김 교수팀이 개발한 전기화학 공정은 약품 사용과 폐수 발생을 최소화하면서 단일 공정을 통해 순도와 회수율을 모두 높일 수 있다고 대학 측은 설명했다.

폐배터리 가루를 한 데 녹여낸 액체에 전압을 바꿔가며 전기를 흘려보내 이온 상태의 금속을 고체 형태 금속으로 분리(석출)해내기 때문이다. 금속 이온마다 석출되는 전압이 다른 원리를 이용했다.

특히 배터리 제조 단가의 50%가량을 차지하는 니켈과 코발트는 비슷한 전압에서 함께 석출되는 문제가 있는데, 김 교수팀은 특수 용매(공융용매)를 사용해 해결했다.

김 교수팀이 상용 NCM(니켈·코발트·망간) 폐배터리에 이런 기술을 적용한 결과 니켈과 코발트 모두 최대 99.9% 이상의 순도로 분리됐으며, 두 금속 모두 95% 이상의 회수율을 기록했다.

김 교수는 "전기화학 분리 방식의 고질적 한계였던 순도와 회수율의 상충 관계를 동시에 해결한 것"이라며 "화학물질 사용과 폐수 발생을 최소화하면서도 경제성을 확보할 수 있다"고 말했다.

교육부, 한국연구재단 지원을 받은 이번 연구의 결과는 국제학술지 에너지 저장 소재(Energy Storage Materials) 10월호에 게재됐다.