일반적인 이야기에서 방전된 배터리는 거의 수명이 다한 물체처럼 보입니다. 그것은 분해되고, 부서지고, 열, 산, 중공업 단계를 거쳐 회수될 물질로 환원됩니다. 그러나 내부에는 그의 이전 작업의 중요한 부분이 여전히 남아 있습니다. 마모된 전극은 그렇습니다. 그럼에도 불구하고 여전히 알아볼 수 있고, 여전히 구조적이며, 두 번째 기회를 받을 만큼 충분히 온전합니다. 새로운 리튬 배터리 재활용 방법은 전극을 처음부터 다시 만들 먼지가 아닌 수리할 구성 요소로 처리하는 덜 잔인한 아이디어에서 바로 시작됩니다.
이 기술은 직접 전극 간 재생의 약어인 DEER라고 하며 수명이 다한 리튬 이온 배터리에 작동합니다. 전극은 손상되지 않은 상태에서 제거하고 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 기반의 전기화학적 용액이 들어 있는 별도의 셀에 담급니다. 실험실 이름, 매우 구체적인 효과: 용매는 충전 및 방전 주기 동안 양극과 음극 사이에 점진적으로 형성되는 절연층을 용해하는데, 이는 시간이 지남에 따라 배터리 용량이 감소하는 이유 중 하나입니다. 에 발표된 연구 에너지 및 환경 과학 이는 최대 95%의 용량 복구와 후속 사이클의 안정성 향상을 나타냅니다.
문제는 레이어에 있습니다.
리튬 이온 배터리에서 노화는 화학 작용이 가장 많이 작용하는 곳에 쌓이는 녹청과 유사합니다. 전극-전해질 간기라고 불리는 이 층은 사용함에 따라 성장하여 결국 이온의 통과를 방해하게 됩니다. 배터리 충전 성능이 저하되고 성능이 저하되며 자율성을 잃습니다. DEER 방법은 전극의 구조를 파괴하지 않고 비활성 구성 요소를 용해하여 해당 장벽에 정확하게 개입하려고 시도합니다.
전통적인 재활용과의 차이점은 여기에 있습니다. 오늘날 많은 배터리는 건식 야금 공정을 통해 고온에서 녹거나 파쇄되어 중요한 물질이 풍부한 어두운 덩어리인 소위 흑색 덩어리를 얻습니다. 이 덩어리는 니켈, 코발트, 리튬 및 구리와 같은 금속을 회수하기 위해 종종 산성인 화학 공정으로 처리해야 합니다. 이는 이미 업계 내에서 유용하고 성숙한 기술입니다. 그러나 에너지, 환경 및 경제적 가격이 있습니다. 회수 후에는 물질을 정제하고 재합성하여 다시 세포 구성 요소로 변환해야 합니다. 길이 꽤 길어집니다.
그러나 직접 재활용을 사용하면 주기가 단축됩니다. 전극을 세척하고 원래 모양으로 재생한 다음 새 셀에 다시 삽입할 수 있습니다. 이 연구는 열분해 및 습식 야금 기반 경로에 비해 재활용 전지의 생산 비용이 56% 감소하고 에너지 사용 및 온실 가스 배출이 감소한다고 보고합니다. 이는 특히 모든 산업 단계가 마진과 공급망의 실제 지속 가능성에 영향을 미치는 부문에서 중요한 수치입니다.
더 적은 먼지, 더 많은 복구
리튬 배터리 재활용이라는 주제는 점점 덜 기술적이고 점점 더 정치적으로 변하고 있습니다. 전기 자동차, 가정용 저장 장치, 재생 가능 에너지 시스템, 휴대용 전자 제품: 배터리에 대한 수요가 증가하고 있으며 이로 인해 리튬, 니켈, 코발트, 흑연에 대한 압박이 가중되고 있습니다. 이는 종종 몇몇 국가에 집중되어 있는 복잡한 공급망에서 추출되는 물질로, 환경 및 지정학적 비용을 무시하기 어렵습니다. 더 나은 배터리 회수율은 다른 곳으로 쫓기는 원자재의 양이 줄어들고 관리하기 어려운 폐기물의 양이 줄어든다는 것을 의미합니다.
유럽연합은 이미 더욱 엄격한 규정을 통해 이러한 방향으로 나아가고 있습니다. 리튬 배터리의 경우 재활용 효율 목표는 2025년 말까지 65%에 도달하고 2030년까지 70%로 높아질 것입니다. 소재 회수의 경우 2027년까지 코발트, 구리, 납, 니켈의 경우 90%, 리튬의 경우 50%를 목표로 합니다. 2031년까지 코발트, 구리, 납, 니켈의 경우 95%, 리튬의 경우 80%로 증가할 것입니다. 실제로, 중고 배터리는 정확한 의무와 숫자로 인해 점점 더 2차 광산으로 취급되고 있습니다.
이 프레임워크 내에서 부품을 즉시 파괴하지 않고 전극을 재생성할 수 있는 방법은 엄청난 가치를 가질 것입니다. 그러나 핵심 단어는 여전히 “would”입니다. 다음 단계는 산업용 배터리와 보다 복잡한 형태의 성능 저하가 있는 셀에서의 작동을 시연하는 것입니다. 지금까지 테스트한 결과는 약 70~80% 정도 건강했으며, 이는 자동차 수명 종료 시점으로 간주되는 많은 전기 자동차 배터리의 일반적인 조건이지만 여전히 최악의 경우와는 거리가 멀습니다.
제2의 인생은 정말 필요하다
현재 DEER 방식은 배터리 재활용 문제를 제거하지 못합니다. 남은 것은 수거, 안전한 분해, 다양한 화학, 포장 표준화, 화재 위험 관리, 대규모 편의성입니다. 스마트폰 배터리, 스쿠터 배터리, 전기 자동차 배터리 및 고정형 축전지는 동일한 제품군에 속하지만 내부의 형상, 재료 및 성능 저하 수준이 매우 다를 수 있습니다. 실험실에서 공장으로 기술을 도입한다는 것은 양, 시간, 비용, 안전, 물류 등의 현실로 인해 기술이 오염된다는 의미입니다.
그런데 그 방향이 산업적 제스처를 바꾸기 때문에 흥미롭다. 사용한 배터리를 폐기해야 한다고 생각하기보다는 여전히 유용한 부품을 보관해 보세요. 겉보기에 아주 작은 변화일 뿐입니다. 수년 동안 추출, 생산, 소비, 폐기 등 선형적인 방식으로 추론해 온 공급망에서 전극의 직접적인 복구는 원형성을 덜 장식적이고 더욱 구체적으로 만듭니다.
리튬 배터리는 계속해서 노후화되고, 용량이 줄어들며, 점점 더 많은 양이 수명을 다하게 됩니다. 자동차, 저장 장치 또는 장치의 작동을 중단할 때 그들이 어떻게 대우받느냐에 따라 차이가 있을 것입니다. 내부에 아직 남아 있는 것을 수리할 가능성이 있더라도 즉시 파괴하는 것을 정당화하기가 점점 더 어려워질 것입니다.
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