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획기적인 연구를 통해 리튬 이온 배터리 재활용을 보다 경제적으로 만듭니다.

2021-10-22


직접 재활용은 리튬 이온 배터리를 재활용하는 가장 에너지 집약적인 방법입니다. 크레딧: 리셀 센터

 

배터리 재활용 비용을 어떻게 효율적으로 만들 수 있습니까? ReCell Center의 과학자들은 그 목표를 향해 한 걸음 더 나아갔습니다.

 

리튬 이온 배터리는 기술의 현재와 미래를 위한 엔진입니다. 스마트폰, 노트북, 전기 자동차(EV)와 같은 휴대용 전자 제품에 전원을 공급하며 인기가 높아지고 있습니다. 그러나 특히 자동차에서 리튬 이온 배터리의 사용 증가는 재활용 기술을 앞질렀습니다. 이제 미국 에너지부(DOE) Argonne National Laboratory에 본부를 둔 미국 최초의 고급 배터리 재활용 연구 개발 센터인 ReCell Center의 과학자들은 하나를 제거하는 중추적인 발견을 했습니다. 경제적으로 실행 가능한 리튬 이온 배터리 재활용을 방해하는 가장 큰 장애물 중 하나입니다.

 

오늘날 사용되는 재활용 공정은 배터리 제조업체에게 가치가 낮은 형태로 금속을 회수할 수 있게 합니다. 엄청난 문제가 다가오고 있습니다. 연구원들은 10년도 채 안되어 매년 200만 톤의 수명이 다한 EV의 리튬 이온 배터리가 폐기될 것이라고 예상합니다. 수명이 다한 EV 배터리의 수는 현재 적지만 구형 모델 차량이 수명이 다하고 현재 재활용 인프라가 유입에 대비되지 않아 크게 증가할 예정입니다.

 

â배터리 산업이 새 배터리에 재사용하기 위해 재활용된 음극 재료를 구매하려는 경우 순도를 희생하지 않을 것입니다." Argonne의 재료 과학자이자 연구의 공동 저자인 Jessica Durham은.

 

ReCell 팀의 일부인 MTU(Michigan Technological University)의 연구원들은 배터리의 양전하 전극인 음극을 구성하는 귀중한 물질을 분리하는 혁신적인 프로세스를 개발했습니다.

 

Argonne 소재 공학 연구 시설의 과학자들은 MTU의 혁신적인 분리 공정을 확장하여 EV 배터리의 대규모 재활용을 위한 길을 닦고 있습니다. 전기차 배터리의 양극재는 자동차 제조사와 생산연도에 따라 다르기 때문에 재활용업자는 리튬코발트산화물, 리튬니켈망간코발트산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬인산철, 등 â 해당 자료를 재사용할 수 있도록 각각 분리합니다. 불가능했던 일이 갑자기 가능해 보입니다.





 

배터리 음극 재료를 직접 재활용 및 재사용하면 고리가 닫힙니다. 크레딧: 리셀 센터

 

동료 검토 과학 저널에 발표된 새로운 논문에서

 

광석을 분리하고 정제하기 위해 광업에서 수년 동안 사용된 거품 부유선광은 물을 밀어내고 부유하는지 또는 물을 흡수하고 가라앉는지 여부에 따라 부유선광 탱크에서 물질을 분리합니다. 일반적으로 양극재는 가라앉아 서로 분리하기 어렵다. 이는 ReCell 팀이 실험에 사용한 두 가지 일반적인 EV 배터리 음극 재료인 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC111)과 리튬 망간 산화물(LMO)의 경우에 해당됩니다. 연구진이 발견한 것은 양극 물질 중 하나인 NMC111을 대상 물질이 물을 밀어내는 화학 물질을 도입하여 뜨게 함으로써 분리가 이루어질 수 있다는 것입니다.

 

일단 음극 물질이 분리되면 연구원들은 테스트를 통해 공정이 물질의 전기화학적 성능에 미미한 영향을 미친다고 판단했습니다. 둘 다 순도가 높았습니다(95% 이상).

 

Argonne의 재료 과학자이자 이 연구의 공동 저자인 Jessica Durham은 "그것은 매우 중요합니다. , 그들은 순수성을 희생하지 않을 것입니다.

 

이 연구는 에너지 집약적이지 않은 처리 방법을 발전시키고 직접 재활용(화학 구조를 분해하지 않고 직접 배터리 구성 요소의 회수, 재생 및 재사용)을 위해 가치 있는 재료를 수집하려는 ReCell Center의 사명과 연결되어 있습니다. 이 센터는 Argonne, DOE's National Renewable Energy Laboratory, Oak Ridge National Laboratory, Michigan Technological University, University of California at San Diego 및 Worcester Polytechnic Institute 간의 협력입니다.

 

ReCell의 발견은 리튬 이온 배터리 재활용 비용 절감과 같은 광범위한 영향을 약속합니다. 수명이 다한 리튬 이온 배터리에 대한 수익성 있는 재활용 시장의 성장에 박차를 가합니다. 생산자와 소비자 모두를 위한 EV 비용 절감; 미국이 글로벌 배터리 재활용 산업에서 경쟁할 수 있도록 합니다. 재활용 배터리 재료의 국내 공급원 사용을 늘림으로써 미국의 에너지 독립성을 강화합니다. 그리고 외국 자원에 대한 미국의 의존도를 줄입니다.

 

그러나 현재 ReCell Center 팀은 경제적으로 실행 가능한 리튬 이온 배터리의 완전한 재활용 프로세스를 단계별로 만드는 데 초점을 맞추고 있습니다. 그래야만 널리 채택될 것입니다.

 

â이 재활용을 수행하는 데 사용되는 방법이 무엇이든 재활용자는 이로부터 이익을 얻을 수 있어야 합니다."라고 Durham은 말합니다. âWeâ는 결국 전체 프로세스가 수익성이 있어야 한다는 것을 알고 함께 단계를 진행하고 있습니다.â

 

참조: Tinu-Ololade Folayan, Albert L. Lipson, Jessica L. Durham, Haruka Pinegar, Donghao Liu 및 Lei Pan의 "Froth Flotation에 의한 혼합 음극 재료의 직접 재활용", 2021년 7월 29일,


DOI: 10.1002/ente.202100468

Argonne의 다른 연구 공동 저자로는 주요 재료 과학자인 Albert Lipson과 박사 후 연구원인 Haruka Pinegar가 있습니다.

 

이 연구와 ReCell 센터는 DOE의 에너지 효율 및 재생 에너지 사무소, 차량 기술 사무소에서 자금을 지원합니다.

 

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