산업 뉴스

과학자들은 과일 껍질을 사용하여 오래된 리튬 이온 배터리를 새 배터리로 전환합니다.

2021-06-16
주제:
배터리 기술,에너지,Nanyang Technological University,인기,리사이클 배터리,리튬 이온 배터리
NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 2020년 8월 29일 제공



NTU가 이끄는 과학자 팀은 새로운 배터리를 만들기 위해 사용한 리튬 이온 배터리에서 귀금속을 추출하고 재사용하기 위해 과일 껍질 폐기물을 사용하는 새로운 방법을 개발했습니다. 좌-우: Dalton Tay 교수, Madhavi Srinivasan 교수. 크레딧: NTU 싱가포르

NTU Singapore(Nanyang Technological University, Singapore)가 이끄는 과학자들은 새로운 배터리를 만들기 위해 사용한 리튬 이온 배터리에서 귀금속을 추출하고 재사용하기 위해 과일 껍질 폐기물을 사용하는 새로운 방법을 개발했습니다.

팀은 배터리 폐기물에서 귀금속을 효율적으로 회수하는 오렌지 껍질을 사용하여 개념을 시연했습니다. 그런 다음 그들은 이러한 회수된 금속으로 기능적인 배터리를 만들어 공정에서 최소한의 낭비를 만들었습니다.

과학자들은 그들의 폐기물 자원 접근 방식이 음식물 쓰레기와 전자 폐기물을 모두 처리하여 자원이 가능한 한 오랫동안 사용되는 폐기물 제로 순환 경제의 발전을 지원한다고 말합니다. 매년 전 세계적으로 약 13억 톤의 음식물 쓰레기와 5천만 톤의 전자 폐기물이 생성됩니다.

사용한 배터리는 일반적으로 위험한 유독 가스를 방출하는 귀금속을 제련하기 위해 극도의 열(500°C 이상)로 처리됩니다. 금속을 추출하기 위해 과산화수소와 함께 강산 용액 또는 더 약한 산성 용액을 사용하는 대안적인 접근 방식이 모색되고 있지만, 여전히 건강 및 안전 위험을 제기하는 2차 오염 물질을 생성하거나 위험하고 불안정한 과산화수소에 의존합니다.



팀은 배터리 폐기물에서 귀금속을 효율적으로 회수하는 오렌지 껍질을 사용하여 개념을 시연했습니다. 그런 다음 그들은 이러한 회수된 금속으로 기능성 배터리를 만들어 공정에서 무독성 폐기물을 최소화했습니다. 크레딧: NTU 싱가포르

NTU 싱가포르-CEA 순환 경제 연구 연합(NTU SCARCE) 연구소의 공동 소장인 Madhavi Srinivasan 교수는 "현재 전자 폐기물의 산업 재활용 프로세스는 에너지 집약적이며 유해한 오염 물질과 액체 폐기물을 배출합니다. 전자 폐기물의 양이 증가함에 따라 친환경적인 방법이 시급히 필요함을 지적합니다. 우리 팀은 생분해성 물질로 그렇게 할 수 있음을 입증했습니다.

“이러한 발견은 NTU 에너지 연구소([email protected]) 산하 SCARCE의 기존 작업을 기반으로 합니다. SCARCE 연구소는 전자 폐기물을 재활용하는 보다 친환경적인 방법을 개발하기 위해 설립되었습니다. 또한 지속 가능한 미래를 위해 기술적으로 진보된 솔루션을 개발하는 것을 목표로 하는 NTU 스마트 캠퍼스 이니셔티브의 일부입니다.”

NTU 재료공학부 및 생물학부의 달튼 테이(Dalton Tay) 조교수는 “자원이 부족한 싱가포르에서는 모든 종류의 폐기된 전자제품에서 귀금속을 추출하는 이러한 도시 채굴 과정이 매우 중요해지고 있다”고 말했다. . 이 방법을 사용하면 이러한 귀금속을 가능한 한 많이 사용하여 자원 고갈 문제를 해결할 뿐만 아니라 전자 폐기물 및 음식물 쓰레기 축적 문제(모두 증가하는 글로벌 위기)도 해결할 수 있습니다.

이번 연구 결과는 과학 저널 Environmental Science & Technology 7월호에 게재됐다.

저렴하고 지속 가능한 접근 방식

유해한 오염 물질을 생성하는 배터리 폐기물을 재활용하는 산업적 접근 방식과 함께 물을 추출 용매로 사용하는 습식 제련이 가능한 대안으로 점점 더 많이 연구되고 있습니다. 이 과정은 먼저 사용한 배터리를 파쇄 및 분쇄하여 흑색 덩어리라고 불리는 분쇄 물질을 형성하는 과정을 포함합니다. 그런 다음 연구원은 금속이 침전되기 전에 열을 가해 과산화수소와 같은 다른 화학 물질과 강산 또는 약산의 혼합물에 용해시켜 흑색 덩어리에서 귀중한 금속을 추출합니다.

Tay 교수는 기존 방법보다 상대적으로 친환경적이지만 산업적 규모에서 이러한 강력한 화학 물질을 사용하면 상당한 양의 2차 오염 물질이 생성되어 상당한 안전 및 건강 위험을 초래할 수 있다고 말했습니다.



배터리 재활용에 대한 폐기물 자원 접근 방식. 크레딧: NTU 싱가포르

NTU 팀은 오븐에서 건조되어 가루로 만들어진 오렌지 껍질과 감귤류에서 발견되는 약한 유기산인 구연산의 조합이 동일한 목표를 달성할 수 있음을 발견했습니다.
실험실 실험에서 팀은 그들의 접근 방식이 폐 리튬 이온 배터리에서 약 90%의 코발트, 리튬, 니켈 및 망간을 성공적으로 추출한다는 것을 발견했습니다. 이는 과산화수소를 사용하는 접근 방식과 유사한 효율성입니다.

Tay 교수는 “핵심은 오렌지 껍질에서 발견되는 셀룰로오스에 있으며 추출 과정에서 열을 가하면 당으로 전환됩니다. 이 설탕은 배터리 폐기물에서 금속 회수를 향상시킵니다. 플라보노이드 및 페놀산과 같이 오렌지 껍질에서 발견되는 천연 항산화제 역시 이러한 향상에 기여했을 수 있습니다.”

중요한 것은 이 공정에서 생성된 고체 잔류물이 독성이 없는 것으로 밝혀져 이 방법이 환경적으로 건전함을 시사한다고 덧붙였습니다.

회수된 재료에서 상용 리튬 이온 배터리와 유사한 충전 용량을 나타내는 새로운 리튬 이온 배터리를 조립했습니다. 회수된 재료로 만든 이 새로운 배터리의 충전-방전 사이클링 성능을 최적화하기 위한 추가 연구가 진행 중입니다.
이것은 이 새로운 기술이 산업적 의미에서 사용된 리튬 이온 배터리를 재활용하는 데 실질적으로 가능함을 시사한다고 연구원들은 말했습니다.

팀은 이제 처리된 배터리 폐기물에서 생성된 배터리의 성능을 더욱 향상시킬 방법을 찾고 있습니다. 그들은 또한 생산 규모를 늘리기 위한 조건을 최적화하고 공정에서 산 사용을 제거할 가능성을 모색하고 있습니다.

NTU의 재료 과학 및 공학 대학 및 [email protected] 출신인 Madhavi 교수는 "이러한 자원 대 자원 접근 방식은 잠재적으로 다른 유형의 셀룰로오스가 풍부한 과일 및 야채 폐기물로 확장될 수 있습니다. , 뿐만 아니라 리튬 철 인산염 및 리튬 니켈 망간 코발트 산화물과 같은 리튬 이온 배터리 유형. 이것은 전자 폐기물의 새로운 순환 경제를 향한 큰 진전을 이루는 데 도움이 될 것이며 더 친환경적이고 지속 가능한 방식으로 우리의 삶을 강화할 것입니다.”

참조: Zhuoran Wu, Tanto Soh, Jun Jie Chan, Shize Meng, Daniel Meyer, Madhavi Srinivasan 및 Chor Yong Tay의 "사용한 리튬 이온 배터리 재활용을 위한 녹색 환원제로 과일 껍질 폐기물의 용도 변경", 7월 9일 2020, 환경 과학 및 기술.
DOI: 10.1021/acs.est.0c02873

NTU SCARCE에 따라 진행되는 이 연구는 도시 솔루션 및 지속 가능성 통합 기금의 일부로 국가 연구 재단, 국가 개발부 및 국가 환경청의 지원을 받고 있습니다.