향후 수십 년 동안 전기 자동차에 대한 수요가 폭발적으로 증가함에 따라, 오래된 배터리를 재활용할 수 있는 방법에 대한 필요성도 커지고 있습니다. 일부 배터리 공장과 재활용 전문가들은 임박한 문제를 해결하기 위해 협력 관계를 형성하기 시작했습니다. 주요 목표는 배터리의 재활용을 경쟁력 있고 수익성 있게 만드는 것입니다.
리튬 배터리는 자동차, 전력망과 같은 다양한 장치에 전원을 공급하기 위해 사용되며 회수, 처리 및 재사용이 가능한 귀중한 금속 및 기타 물질을 포함합니다. 리튬 배터리는 매일 수백만의 사람들의 삶에 동력을 공급합니다.
리튬 인산철(LiFePO4 또는 LFP)은 시중에서 가장 안전한 리튬이온 배터리 종류 중 하나입니다. LFP 셀의 공칭 전압은 3.2V(납축 배터리: 2V/셀)입니다. 따라서 12.8V LFP 배터리는 직렬로 연결된 4개의 셀과 25개로 구성됩니다.6V 배터리는 직렬로 연결된 8개의 셀로 구성됩니다.
리튬 인산철 배터리는 사용하기 위해 완전히 충전될 필요가 없습니다. 이것의 주된 이점은 완전히 충전되지 않고 사용할 때 사용 수명이 향상될 수 있다는 것입니다. 다른 좋은 점으로는 우수한 사이클링 성능, 넓은 작동 온도 범위, 낮은 내부 저항 및 높은 효율 등이 있습니다. 오프 그리드(Off-grid)와 같은 경우, 태양광 에너지 효율은 매우 중요할 수 있습니다. 리튬 인산철 배터리는 92%의 에너지 효율에 도달할 수 있지만, 반대로 리튬-인산 배터리는 얕은 방전 조건에서 여전히 90%의 효율을 달성할 수 있습니다.
리튬은 과학자들이 에너지 밀도로 간주하는 것으로, 크기와 무게에 비해 강력한 펀치를 채웁니다. 배터리와 관련된 가장 일반적인 개념은 에너지 밀도와 전력 밀도입니다. 에너지 밀도는 kg당 와트 시간으로 측정되며 배터리가 저장할 수 있는 에너지의 양입니다. 출력 밀도는 kg당 와트로 측정되며, 화학 반응을 이용하여 전력을 생산한 리튬 이온 배터리에 의해 발생할 수 있는 전력량입니다. 배터리 방전 및 충전 시 배터리 내부의 전해액 양극과 음극 사이를 리튬 이온이 왕복 이동하게 됩니다. 하지만 올바르게 충전되지 않으면 화재나 폭발을 일으킬 수 있기 때문에 위험한 부분이 될 수 있습니다.
리튬 배터리를 재활용하는 주요 이유 중 하나는 토양과 지하수를 오염시키는 부정적인 환경 영향 때문에 생태계와 인간의 건강을 전반적으로 위협하기 때문입니다. 리튬의 채굴은 식생 감소, 기온 상승, 국립 보호 구역의 가뭄 증가와 관련이 있습니다. 리튬 채굴의 정치적 단점은 전 세계 코발트 생산량의 50%가 콩고민주공화국에서 나오며 무력 충돌, 불법 채굴, 인권 유린, 유해 환경 관행과 결부돼 있다는 점입니다.
배터리를 재활용하는 것은 정치적, 경제적 이익을 더하고 매립지로 들어가는 재료의 양을 줄입니다. 다중 재활용 수명은 환경에 대한 오염과 광물 재료의 필요성을 감소시킬수 있습니다.
차량의 전기화와 재생 가능 전력 저장으로의 전환을 세계적으로 바라보면서, 현재의 배터리를 어디에 어떻게 활용할 것인가에 대한 관심사가 되었습니다. 전 세계의 배터리 공장들은 현재 재료 부족을 해결하기 위해 중고품들을 재활용하는 것을 추구하고 있습니다. 현재의 리튬 배터리를 재활용하면서 발생하는 주요 과제는 경제적 요인 때문입니다. Argonne National Laboratory의 Linda L. Gaines는 “Li-ion 배터리 재활용이 아직 보편적으로 확립된 관행이 아닌 많은 이유가 있습니다.”라고 말합니다.
닛산과 같은 전기 자동차 제조업체들은 채굴 중 에너지 소비와 각 배터리가 수명이 다할 때 발생하는 폐기물을 줄이기 위해 배터리를 여러 가지 다른 방식으로 재사용하고 용도도 변경하기 시작했습니다. 몇몇 연구소와 과학자들은 또한 궁극적으로 배터리를 재활용하는 친환경적인 방법을 표준화하기 위해 더 효율적인 재활용 방법을 다듬기 위해 노력하고 있습니다. 오래된 배터리에서 회수되고 개조된 재료는 잠재적으로 제조 비용을 낮출 수 있는 새로운 배터리를 만드는 데 사용될 수 있습니다.
이들 ‘플랜’의 대다수는 초기 단계지만 시장 수요가 빠르게 증가하고 있으며, 기업인들이 폐기된 리튬 배터리를 수거·보관할 수 있는 혁신적인 솔루션을 찾아 재활용센터로 운반해 노후된 배터리를 새 것으로 바꾸도록 유도하는 것이 목표입니다. 내부에 있는 자재를 회수하지 말고 배터리를 회수하는 것이 좋을 것 같습니다. 전기자동차의 자동차 산업 도입으로 리튬배터리를 재활용할 수 있는 방법을 찾아야 하는데, 이 배터리는 공학과 제조와 같은 분야에서 제대로 사용될 수 있고, 공작기계에도 동력을 공급할 수 있습니다.
제너럴모터스(GM)와 아우디(Audi)는 모두 향후 10년 이내에 전기차를 생산할 계획이며 다른 많은 주요 자동차 회사들도 이에 따르고 있습니다. 제너럴 모터스는 2035년까지 가스 자동차 판매를 중단할 계획이라고 발표했고 아우디의 목표는 2033년까지 가스 자동차 생산을 중단하는 것입니다. 실제로 블룸버그 NEF에 따르면 2040년까지 전 세계 승용차 판매량의 3분의 2가 전기차가 될 것이라고 합니다.
중국은 현재 리튬배터리의 최대 생산국이며 재활용에서도 앞서 있습니다. 채굴된 광물은 주로 중국에서 가공된 후 EV 배터리를 생산하는 전 세계의 다른 공장으로 운송됩니다.
Ascend Elements와 같은 미국의 스타트업 회사들은 그들이 사용한 리튬 이온 배터리를 더 오래 지속되고, 더 빨리 충전되고, 덜 오염되는 새로운 것보다 더 나은 것으로 바꿀 수 있다고 주장하고 있습니다. 그 스타트업은 휴대폰, 동력 도구, 노트북, 그리고 전기 자동차로부터 수천 파운드의 리튬이온 배터리를 가져가고 낡아진 에너지 배터리에 새로운 생명을 부여하여 전기 자동차를 더 지속 가능하고 저렴하게 만듭니다. 일단 파쇄된 물질이 일련의 체를 통과하면, 그것은 “검은 덩어리”라고 알려진 미세한 가루로 나타납니다. 또한 거의 100%의 금속을 회수하고 유독성 폐기물을 배출하지 않습니다. 이와 같은 해결책으로, 재활용된 에너지 셀은 또한 미국에 에너지 독립성에 대한 추가적인 기준을 제공할 수 있습니다.
리튬 배터리 재활용을 개선하고 궁극적으로 부품을 재사용할 수 있게 만드는 것은 양극 및 음극과 같은 Li 배터리의 가장 소중한 부품을 제2의 생명을 줄 수 있기 때문에 이미 나와 있는 Li 배터리에 가치를 다시 주입할 것입니다. 이는 에너지, 폐기물 및 제조와 관련된 비용을 상당히 상쇄할 수 있습니다. 전기 자동차에 대한 수요가 향후 수십 년 동안 계속됨에 따라, 그들의 배터리를 재활용할 수 있는 방법에 대한 필요성도 커질 것입니다.