울산과학기술원(UNIST)은 폐배터리 속 니켈과 코발트를 99% 순도로 95% 이상 회수할 수 있는 친환경 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

울산과기원에 따르면 지구환경도시건설공학과 김귀용(사진) 교수팀은 다기능성 특수 용매를 이용하는 전기화학 공정으로 폐배터리에서 니켈과 코발트를 선택적으로 분리·회수하는 데 성공했다.

김귀용 울산과학기술원 교수. 울산과학기술원 제공

폐배터리는 ‘도시 광산’으로 불릴 만큼 니켈, 코발트, 망간 등 금속 자원을 다량 포함하고 있지만, 여러 금속이 한데 섞인 탓에 이를 분리해 쓰기 어렵다. 분리하려면 황산과 화학 추출제를 써야 하는데, 이 과정에서 유해 폐수가 발생할 뿐만 아니라 공정이 복잡해 에너지 효율도 낮다.

김 교수팀이 개발한 전기화학 공정은 이런 문제를 최소화하면서 단일 공정을 통해 순도와 회수율을 모두 높일 수 있다는 게 대학 측의 설명이다. 김 교수팀은 폐배터리 가루를 한데 녹여낸 액체에 전압을 바꿔가며 전기를 흘려보내 이온 상태의 금속을 고체 형태 금속으로 분리(석출) 해냈다. 금속 이온마다 석출되는 전압이 다른 원리를 이용한 것이다.

특히 배터리 제조 단가의 50%가량을 차지하는 니켈과 코발트는 비슷한 전압에서 함께 석출되는 문제가 있는데, 김 교수팀은 특수 용매(공융용매)를 사용해 이를 해결했다.

김 교수팀이 상용 NCM(니켈·코발트·망간) 폐배터리에 이런 기술을 적용한 결과 니켈과 코발트 모두 최대 99.9% 이상의 순도로 분리됐으며, 두 금속 모두 95% 이상의 회수율을 기록했다.

김 교수는 “전기화학 분리 방식의 고질적 한계였던 순도와 회수율의 상충 관계를 동시에 해결한 것”이라며 “화학물질 사용과 폐수 발생을 최소화하면서도 경제성을 확보할 수 있다”고 말했다.

이번 연구의 결과는 국제학술지 에너지 저장 소재(Energy Storage Materials) 10월호에 게재됐다.