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이 기술은 리튬이온 인산염 배터리를 재활용하는 현재 접근방식보다 에너지를 80 ~ 90% 적게 소비하고 온실가스를 약 75% 더 적게 배출한다. 이것은 좋은 시작이지만, 팀은 이러한 배터리를 대량으로 수집하고 운송하는 데 따른 전반적인 환경 영향을 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다고 말한다.

박민제 | 기사입력 2020/11/16 [19:40]

이 기술은 리튬이온 인산염 배터리를 재활용하는 현재 접근방식보다 에너지를 80 ~ 90% 적게 소비하고 온실가스를 약 75% 더 적게 배출한다. 이것은 좋은 시작이지만, 팀은 이러한 배터리를 대량으로 수집하고 운송하는 데 따른 전반적인 환경 영향을 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다고 말한다.

박민제 | 입력 : 2020/11/16 [19:40]

배터리 재활용 혁신으로 중금속에 대한 케이스 강화. 재활용 혁신은 인산철 리튬배터리의 성능 저하 뒤에있는 몇 가지 메커니즘에 초점을 맞추고 있다. 이 프로세스는 순환하면서 리튬이온이 손실됨에 따라 음극에 빈 공간이 생성되는 구조적 변화를 유도하고 철과 리튬이온도 결정 구조에서 자리를 바꾼다. 이것은 리튬이온을 포획하고 배터리를 통해 순환하는 것을 방지한다.

새로운 재활용 기술은 더 친환경적인 리튬 이온 배터리를 더욱 친환경적으로 만들 수 있습니다.
새로운 재활용 기술은 더 친환경적인 리튬이온배터리를 더욱 친환경적으로 만들 수 있다.
 

오늘날 대부분의 리튬배터리는 코발트라고하는 희귀하고 값 비싼 금속을 음극성분의 일부로 사용하지만 이 물질을 채굴하는 것은 환경에 막대한 비용이 든다. 보다 친환경적인 대안 중 하나는 리튬이온 인산염으로 알려져 있으며, 새로운 돌파구는 현재 접근방식의 에너지의 일부만 사용하여 사용 후 원래 상태로 복원함으로써 이 양극재료의 환경적 자격을 더욱 높일 수 있다. 

이 연구는 캘리포니아대학 (UC) 샌디에이고의 나노엔지니어에 의해 수행되었으며 인산철리튬으로 만든 음극을 사용하는 배터리의 재활용 기술에 중점을 둔다. 니켈 및 코발트와 같은 중금속을 제거함으로써 이러한 유형의 배터리는 작업자가 위험한 조건에 노출되는 것과 함께 이러한 물질이 채굴되는 경관과 상수도의 저하를 방지 할 수 있다.  

코발트와 관련된 문제에 대한 인식이 높아짐에 따라 올해 리튬철인산염 배터리 로 모델 3을 판매하기 시작한 IBM 및 Tesla와 같은 유명기업을 포함한 대체 배터리 설계를 찾는 많은 사람들이 업계의 변화를 주도하고 있다. 이것들은 더 안전하고 수명이 길며 생산비용이 저렴하지만 한 가지 단점은 사용 후 재활용하는 데 비용이 많이 든다는 것이다.

UC 샌디에고의 나노공학교수 Zheng Chen은 “재활용하는 것은 비용 효율적이지 않다. "플라스틱과 같은 딜레마이다. 재료는 저렴하지만 회수 방법은 그렇지 않다."  

재활용 혁신은 인산철 리튬배터리의 성능 저하 뒤에있는 몇 가지 메커니즘에 초점을 맞추고 있다. 이 프로세스는 순환하면서 리튬이온이 손실됨에 따라 음극에 빈 공간이 생성되는 구조적 변화를 유도하고 철과 리튬이온도 결정 구조에서 자리를 바꾼다. 이것은 리튬이온을 포획하고 배터리를 통해 순환하는 것을 방지한다.

연구팀은 시판중인 인산 철 리튬배터리 셀을 가져 와서 저장 용량의 절반으로 고갈시켰다. 그런 다음 세포를 분해하고 결과 분말을 리튬염과 구연산용액에 담근 다음 헹구고 건조시킨 다음 약 60 ~ 80° C (140 ~ 176° F)의 온도에서 가열했다. 그런 다음이 분말을 새로운 음극으로 만들어 동전 및 파우치 셀 배터리에서 테스트 한 후 팀은 성능이 초기 상태로 복원되는 것을 발견했다.

이는 재활용 기술이 배터리의 리튬이온 재고를 보충 할뿐만 아니라 리튬 및 철 이온이 음극 구조의 원래 지점으로 되돌아 갈 수 있도록하기 때문이다. 이는 철 이온에 전자를 공급하고 일반적으로 원래 지점으로 되돌아가는 것을 막는 양전하를 감소시키는 구연산의 첨가 덕분이다. 이 모든 것의 결론은 리튬이온이 방출되어 배터리를 통해 다시 한 번 순환 될 수 있다는 것이다.

 
재생 전 (왼쪽) 및 새로운 재활용 기술로 처리 한 후 리튬 철 인산염 음극 이미지
재생 전 (왼쪽) 및 새로운 재활용 기술로 처리 한 후 리튬 철 인산염 음극 이미지 
판판 쉬 / 줄

연구팀에 따르면 이 기술은 리튬이온 인산염 배터리를 재활용하는 현재 접근방식보다 에너지를 80 ~ 90% 적게 소비하고 온실가스를 약 75% 더 적게 배출한다. 이것은 좋은 시작이지만, 팀은 이러한 배터리를 대량으로 수집하고 운송하는 데 따른 전반적인 환경 영향을 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다고 말한다.

Chen은 “이러한 물류를 최적화하는 방법을 찾는 것이 다음 과제이다. 그리고 이 재활용프로세스를 업계 채택에 더 가깝게 만들 것이다."

이 연구는 저널 Joule 에 게재되었다. 출처 : University of California San Diego

 

 
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