원자력연, 전기차 배터리 신흥강자 '약점' 해소…재활용 경제성·친환경성 높였다

한국원자력연구원은 리튬인산철(LFP) 배터리 재활용 신 공정 기술을 개발했다.

'리튬인산철(LFP)' 배터리가 저렴한 가격과 높은 안전성으로 전기차 영역에서 주목받는 가운데, 우리 연구진이 LFP가 가진 약점인 재활용 기술 분야 해결책을 제시했다.

한국원자력연구원은 LFP 배터리를 경제적·친환경적으로 재활용할 수 있는 새로운 공정을 개발했다고 10일 밝혔다.

LFP 배터리는 양극 소재인 LFP의 화학 특성으로 산소 배출이 억제돼 화재·폭발 가능성이 현저히 낮다.

하지만 기존 배터리 재활용 방식처럼 산성 용액으로 처리하면 회수할 수 있는 원료가 리튬밖에 없어 경제성이 떨어진다. 폐산성 용액도 다량 발생하는 환경 오염 문제도 있다.

이에 김형섭 중성자과학부 박사팀은 염소 기체를 활용해 LFP 배터리 양극 소재를 경제적·친환경적으로 추출하는 공정을 개발했다.

LFP 폐배터리 분해시 나오는 분말 형태 양극 소재를 염소 기체와 200도에서 10분간 반응시키면 리튬이 염화리튬 형태로 추출된다.

원자력연 연구진이 하나로 중상자 회절 분석 장치를 활용해 재활용 소재 성능을 살피는 작업을 수행하고 있다.

염화리튬은 탄산리튬, 수산화리튬으로 전환해 새로운 LFP 배터리 양극 소재 합성 원료로 사용할 수 있다.

양극 소재 인산철도 기존 산성 용액 처리 방법에서는 구조가 손상돼 재활용이 불가능했다. 하지만 이 기술에서는 거의 손상 없이 LFP 배터리 양극 소재로 재합성하거나 차세대 리튬 금속 배터리 소재로 활용 가능해 경제성이 높다.

재활용 공정에서는 부산물로 소금물이 나올뿐이어서 매우 친환경적이다.

국내 유일 연구용 원자로 '하나로'의 중성자 회절 분석 장치로 소재를 정밀 분석한 결과 LFP 배터리 리튬 99.8%가 추출됐고, 추출 리튬 순도도 98.8%로 매우 높았다.

원자력연은 기술 국내 특허 등록을 완료했으며, 기술 이전 희망 기업을 발굴하고 있다. 기술 이전시 기업과 공동 연구로 대용량 처리 기술 개발 등 상용화를 추진할 계획이다.

정영욱 하나로양자과학연구소장은 “LFP 배터리 시장 점유율이 높아짐에 따라 이번 재활용 기술 파급 효과가 상당할 것”이라며 “앞으로도 중성자를 활용한 폐배터리 진단·재활용 공정 개선에 지속 노력하겠다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 학연협력플랫폼구축 시범사업과 산업통상자원부 저탄소 고부가 전극재제조 혁신기술개발사업 지원으로 진행됐으며, 연구 결과는 케미컬 엔지니어링 저널'에 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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