원본은 아이다호 국립 연구소에 게시됨
INL 커뮤니케이션 및 아웃리치를 위한 Hank Hogan 작성
리튬 이온 배터리는 탄소 배출량이 적은 무선 미래의 길을 열어준 소비자 및 산업용 전자 제품의 혁명을 이끌었습니다.
그러나 휴대폰에서 전기 자동차에 이르기까지 모든 것을 위한 가볍고 재충전 가능한 에너지원은 한 가지 큰 환경 문제를 안고 있습니다. 배터리가 더 이상 쓸모가 없으면 어떻게 폐기합니까?
단순히 매립지에 버리는 것은 위험하고 낭비입니다. 불도저가 땅과 파편을 이동하는 동안 배터리 위로 돌릴 때 화재가 시작될 수 있습니다. 또한, 방전된 배터리에는 코발트, 리튬 및 망간과 같은 귀중한 원소가 상업용 광석에서 발견되는 것보다 더 높은 농도로 포함되어 있습니다.
따라서 재활용은 잠재적으로 큰 사업이 될 수 있으며 전기 자동차와 함께 성장합니다. 전문가들은 2040년까지 전 세계적으로 5억 대의 전기 승용차가 운행될 것이라고 말합니다(예상 여객 차량의 거의 3분의 1). 그때까지 수명이 다한 리튬 이온 배터리의 원자재 가치는 2020년 3억 달러에서 2025년 11억 달러, 2040년 240억 달러로 증가할 것입니다.
열과 화학 물질을 적게 사용하여 재활용
이러한 증가하는 도전과 기회에 비추어 Idaho National Laboratory(INL)는 리튬 이온 배터리의 재활용을 보다 쉽고 효율적이며 잠재적으로 친환경적으로 만드는 것을 목표로 합니다. 이러한 노력의 고무적인 결과는 최근 Resources, Conservation and Recycling 저널에 실렸습니다.
재활용은 잠재적으로 신뢰할 수 없는 신소재 소스에 의존할 필요성을 줄임으로써 배터리 제조업체의 공급망을 강화할 수 있습니다. 그래서 이 연구는 에너지부 중요 재료 연구소에서 자금을 지원했습니다. 이 연구소의 목표 중 하나는 부분적으로 재사용 및 재활용을 통해 중요한 에너지 재료의 공급을 다양화하는 것입니다.
Nissan 리프 배터리, 2014 Nissan 제공
오늘날, 리튬 이온 배터리의 약 5%만이 재활용됩니다. INL 직원 과학자이자 논문 공동 저자인 Tedd Lister에 따르면 프로세스가 부분적으로 수동이고 고온 및 부식성 화학 물질이 포함되며 비효율적이기 때문입니다.
그들의 논문에서 연구원들은 배터리 재활용에 대한 다른 접근 방식에 대한 원리 증명을 보고했습니다. 하나는 실온에서 작동하고 화학 물질 사용을 크게 줄이는 것입니다.
리튬 공급망 – 리튬 광산에서 공장으로의 무역 흐름 분석.
2017년 10월 11일 Joule 1, 229–243의 그래프 크레딧.
새로운 공정은 전기화학적이라고 Lister는 말했다. 따라서 열 대신 에너지가 전기에서 나오며, 이는 배터리에서 코발트, 리튬, 망간 및 기타 물질을 걸러내는 반응에 동력을 제공합니다. 연구원들은 측면에서 몇 인치를 측정할 수 있을 만큼 충분히 작은 세포에서 접근 방식을 시연했습니다.
과학자들은 오하이오주 랭커스터의 Retriev Technologies에서 공급한 재료를 사용하여 파쇄된 리튬 이온 배터리로 시작했습니다. 배터리 재활용 및 관리 회사인 Retriev도 연구에 참여했으며 금속 분리에 사용되는 화학 물질을 공급한 브뤼셀 기반 회사인 Solvay도 참여했습니다.
전기화학 공정을 개발한 후 과학자들은 이를 테스트하여 높은 재활용 회수율을 달성할 수 있음을 발견했습니다. 그들은 추출된 코발트, 리튬, 망간 및 니켈 측면에서 96% 이상의 효율을 보고했으며, 이들은 단일 출력 스트림으로 프로세스를 종료합니다. 대조적으로, 상업적 가치가 높은 금속인 구리는 음극에 침착되어 다운스트림 분리 프로세스를 단순화한다고 Lister는 말했습니다.
예비 비용 분석에 따르면 현재 재활용 기술에 비해 에너지 및 화학 물질 비용이 약 80% 감소했습니다.
향후 계획에는 침출 공정 산출물을 코발트, 리튬, 망간 및 니켈로 분리하는 전기화학적 절차 개발이 포함됩니다. 팀은 또한 남아 있고 잠재적으로 재활용될 수 있는 또 다른 중요한 재료인 흑연에 대한 재사용을 모색하고 있습니다.
침출 및 분리 공정은 산업 환경에서 유용한 크기로 확장되어야 합니다. 이러한 노력의 일부에는 성능과 효율성을 개선하기 위해 매개변수를 조정하여 침출 및 분리 공정을 최적화하는 것이 포함됩니다. 프로젝트 파트너 Retriev 외에도 INL 과학자들은 다음 단계에서 상업적 파트너와 협력하는 데 관심이 있습니다.
마지막으로, 이러한 유형의 배터리 재활용은 유틸리티 규모의 발전소에서 때때로 생산되는 초과 에너지를 사용할 수 있습니다.
논문의 주저자이자 INL 전기화학 엔지니어/과학자인 Luis Diaz Aldana는 "나중에 에너지를 생산하는 데 사용할 제품을 만드는 데 에너지를 사용하고 있습니다."라고 말했습니다.
원래 게시 날짜: 아이다호 국립 연구소
미국 에너지부에서 제공하는 주요 이미지
