폐배터리에서 리튬 회수 - 배터리 원리 활용한다.

 (Yuge Feng, first author of the paper and a graduate student at Rice (Credit: Jorge Vidal/Rice University))

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(A photo of the electrochemical cell set-up in the Rice lab (Credit: Jorge Vidal/Rice University).)

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현재 우리가 일상생활에서 매일 사용하고 있는 각종 디지털, 전자기기는 리튬 이온 배터리가 없다먄 지금처럼 작고 오래 사용할 수 없었을 것입니다. 더 나아가 전기차나 ESS 같은 산업적 용도를 위해서도 리튬 이온 배터리는 매우 중요한 소재입니다.

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하지만 사실 리튬 자체는 그렇게 흔한 자원은 아닙니다. 그리고 사실 자원 분포도 상당히 편중되어 있습니다. 그런 만큼 폐배터리에서 리튬을 회수해 사용하는 것이 합리적으로 보이지만, 현실적으로는 비용 대비 효과적이지 않댜는 문제가 있습니다. 앞으로 수명을 다한 리튬 이온 배터리가 쏟아져 나올 것임을 생각하면 경제적인 리튬 회수 기술 개발이 시급합니다.

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미국 라이스 대학의 유지 펭 Yuge Feng 과 동료들은 리튬 이온 배터리의 원리를 이용해 폐배터리를 분해·파쇄하면 생기는 분말 혼합물인 블랙 매스에서 더 쉽게 리튬을 회수하는 방법을 연구했습니다.

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연구팀의 접근은 블랙 매스를 태우거나 녹이지 않고, ‘다시 충전하듯’ 전기화학적으로 리튬을 빼내는 방식입니다. 기존에 사용하는 연소 방식이나 화학물질을 사용하는 방법이 많은 비용과 에너지를 소모하는 반면 리튬이 전극으로 이동하는 성질을 사용하면 훨씬 간단하게 리튬만 회수할 수 있습니다.

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우선 연구팀음 리튬 이온(Li⁺)이 양이온 교환막(cation-exchange membrane)을 통과하게 한 다음 리튬 이온이 흐르는 물 쪽으로 이동시켰습니다. 그리고 보조 전극에서 물 분해(water splitting)를 통해 수산화이온(OH⁻) 생성한 후 Li⁺ + OH⁻ → 리튬 수산화물(LiOH)의 화학 반응을 유도했습니다.

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연구팀에 따르면 블랙 매스에서 리튬 회수율은 96.4%에 달했고 결과물로 순도 99%의 리튬 수산화물을 얻을 수 있었습니다. 애너지 사용량은 103 kJ/kg 정도로 기존의 방식보다 낮다는 것이 연구팀의 주장입니다.

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실제로 경제적으로 리튬을 분리할 수 있는지는 더 검증이 필요하겠지만, 이론적으로는 훌륭한 아이디어로 보입니다. 별도의 열처리나 화학처리를 할 게 아니라 리튬 이온 배터리의 원리를 이용해 분리하는 것이 가장 좋은 방법 같은데 상용화할 수 있을지 궁금합니다.

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참고

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https://newatlas.com/energy/battery-charging-lithium-recycling/

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https://news.rice.edu/news/2025/new-recharge-recycle-reactor-turns-battery-waste-new-lithium-feedstock