By 제이크 말로리
리튬 이온 배터리는 우리 기술의 현재와 미래의 엔진입니다. 스마트폰, 노트북, 전기 자동차(EV)와 같은 휴대용 전자 제품에 전력을 공급하며 인기가 높아지고 있습니다. 그러나 특히 자동차에서 리튬 이온 배터리의 사용 증가는 재활용 기술을 앞지르고 있습니다. 이제 에너지부(DOE) 아르곤 국립 연구소에 본부를 둔 국내 최초의 첨단 배터리 재활용 연구 및 개발 센터인 ReCell Center의 과학자들이 배터리 제조에 방해가 되는 가장 큰 장애물 중 하나를 제거하는 중추적인 발견을 했습니다. 경제적으로 실행 가능한 리튬 이온 배터리 재활용.
오늘날 사용되는 재활용 공정을 통해 배터리 제조업체에 가치가 낮은 형태의 금속을 회수할 수 있습니다. 엄청난 문제가 다가오고 있습니다. 연구원들은 XNUMX년 이내에 전기 자동차에서 수명이 다한 리튬 이온 배터리 XNUMX만 톤이 매년 폐기될 것으로 예상합니다. 수명이 다한 횟수 EV 배터리는 현재 부족하지만 구형 모델 차량이 수명이 다함에 따라 상당히 증가할 예정이며 현재 재활용 인프라는 유입될 준비가 되어 있지 않습니다.
"배터리 업계가 새 배터리에 재사용하기 위해 재활용 양극재를 구매한다면 순도를 희생하지 않을 것”이라고 말했다. — Jessica Durham, Argonne의 재료 과학자이자 이 연구의 공동 저자
미시간 공과 대학의 연구원 (MTUReCell 팀의 일부인 )은 배터리의 양전하 전극인 음극을 구성하는 귀중한 물질을 분리하는 혁신적인 공정을 개발했습니다.
Argonne 소재 공학 연구 시설의 과학자들이 규모를 확장하고 있습니다. MTU의 혁신적인 분리 공정, 대규모 재활용의 길을 열다 EV 배터리. 음극재이기 때문에 EV 배터리는 자동차 제조업체 및 생산 연도에 따라 다르므로 재활용 업체는 리튬 금속 산화물(리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 리튬 철 인산염 등)을 혼합하여 각각 분리해야 합니다. 해당 자료를 재사용할 수 있도록 합니다. 한때 불가능했던 그 일이 갑자기 실현 가능한 것처럼 보입니다.
배터리 양극재를 직접 재활용하고 재사용하면 루프가 닫힙니다. (이미지 출처: ReCell Center.)
안에 새 용지 상호 심사 과학 저널에 발표 에너지 기술, MTU ReCell 연구원은 거품 부유라고 불리는 기존 공정에 새로운 비틀기를 사용하여 개별 음극 물질을 분리하는 방법이라는 발견을 자세히 설명합니다.
광업에서 수년 동안 광석을 분리하고 정화하는 데 사용하는 거품 부유선광은 물을 밀어내고 뜨는지 또는 물을 흡수하여 가라앉는지 여부에 따라 부유선광 탱크의 물질을 분리합니다. 일반적으로 양극재는 가라앉아 분리되기 어렵습니다. 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC111) 및 리튬 망간 산화물(LMO), 두 가지 공통 EV ReCell 팀이 실험에 사용한 배터리 양극 재료. 연구원들이 발견한 것은 양극 물질 중 하나를 만들어 분리할 수 있다는 것이었습니다. NMC111, 표적 물질이 물을 밀어내는 화학 물질의 도입을 통해 부유합니다.
일단 음극 물질이 분리되면 연구원들은 테스트를 통해 공정이 물질의 전기화학적 성능에 미미한 영향을 미친다는 것을 확인했습니다. 둘 다 높은 순도 수준(95 퍼센트 이상).
"이것은 매우 중요합니다.”라고 Argonne의 재료 과학자이자 이 연구의 공동 저자인 Jessica Durham은 말합니다."배터리 업계가 새 배터리에 재사용하기 위해 재활용된 양극 재료를 구매한다면 순도를 희생하지 않을 것이기 때문입니다.”
이 연구는 덜 에너지 집약적인 처리 방법을 발전시키고 화학 구조를 분해하지 않고 배터리 구성 요소를 직접 회수, 재생 및 재사용하는 직접 재활용을 위해 귀중한 재료를 포착하려는 ReCell Center의 사명과 관련이 있습니다. 센터는 Argonne의 콜라보레이션으로, 암사슴의 국립 재생 에너지 연구소 및 Oak Ridge 국립 연구소, Michigan Technological University, University of California at San Diego 및 Worcester Polytechnic Institute.
ReCell의 발견은 리튬 이온 배터리 재활용 비용 절감과 같은 광범위한 의미를 가질 것으로 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 지원합니다. 재활용 배터리 재료의 국내 자원 사용을 증가시켜 미국 에너지 독립을 강화합니다. 해외 자원에 대한 미국 의존도 감소.
그러나 현재 ReCell Center 팀은 경제적으로 실행 가능한 리튬 이온 배터리의 완전한 재활용 프로세스를 단계별로 만드는 데 집중하고 있습니다. 그래야만 널리 채택될 것입니다.
"이 재활용을 수행하기 위해 어떤 방법을 사용하든 재활용업체는 이를 통해 이익을 얻을 수 있어야 합니다.”라고 Durham은 말합니다."우리는 결국 전체 프로세스가 수익성이 있어야 한다는 것을 알고 단계를 통합하고 있습니다.”
Argonne의 다른 연구 공동 저자로는 주요 재료 과학자인 Albert Lipson과 하루카 피네가르, 박사후 연구원.
이 연구와 ReCell 센터는 암사슴에너지 효율 및 재생 에너지의 사무실, 차량 기술 사무실.
에레의 임무는 늦어도 XNUMX년까지 미국을 경제 전반에 걸쳐 온실 가스 배출량 제로로 공평하게 전환하기 위한 기술 및 솔루션의 연구, 개발, 시연 및 배포를 가속화하는 것입니다. 2050, 그리고 청정 에너지 경제가 모든 미국인에게 혜택을 주어 미국인, 특히 에너지 전환의 영향을 받는 근로자와 지역 사회, 그리고 역사적으로 에너지 시스템의 혜택을 받지 못하고 오염으로 과중한 부담을 지고 있는 사람들을 위해 좋은 급여를 받는 일자리를 창출하도록 보장합니다.
이미지 제공 : 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory).
기사 제공 미국 에너지부(암사슴) 아르곤 국립 연구소.
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