폐배터리서 양극재·알루미늄 동시 회수 ‘주목’ 켄텍·에너지연구원, 친환경 플라즈마 재활용 기술 개발 강산·유독성 용매 없이 분리…300회 충·방전 후 성능 95.7% 송대웅 기자 sdw0918@gwangnam.co.kr

2026년 08월 27일(목) 09:35

사진 왼쪽부터 서동한 켄텍 교수, 최신호 한국에너지기술연구원 센터장, 이소영 켄텍 학생, 권오준 연구원, 진우영 선임연구원

한국에너지공과대학교(켄텍)와 한국에너지기술연구원(KIER) 공동연구팀이 폐배터리에서 양극 활물질과 알루미늄 포일을 동시에 회수하는 친환경 재활용 기술을 개발했다.

27일 켄텍에 따르면 공동연구팀은 저온 플라즈마를 활용해 폐리튬이온 배터리에서 니켈·코발트·망간으로 구성된 양극 활물질(NCM)과 알루미늄 포일을 분리·회수하는 ‘플라즈마 기반 직접 재활용 기술’을 개발했다.

전기차 시장이 성장하면서 리튬이온 배터리 사용량과 함께 폐배터리 발생량도 급증하고 있다. 그러나 기존의 고온 건식 제련 방식은 에너지 소비가 많고, 습식 제련은 강산 사용과 폐수 발생에 따른 환경 부담이 크다는 한계가 있었다.

연구팀은 반도체 세정 공정 등에 활용되는 저온 플라즈마에 주목했다. 전극 표면에 플라즈마를 처리하면 생성된 이온과 라디칼이 양극재와 알루미늄 포일을 결합하는 불소계 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)의 탄소·불소 결합만 선택적으로 끊어낸다.

이 같은 방식은 전극을 고온에서 녹이거나 물리적으로 분쇄하지 않고도 양극재와 알루미늄 포일을 자연스럽게 분리할 수 있다. 회수 과정에서 양극재의 물리·화학적 결정 구조도 안정적으로 유지된다.

회수한 양극재의 성능도 입증했다. 연구팀이 재활용 양극재로 파우치형 배터리를 제작해 시험한 결과 상온에서 300회의 충·방전을 거친 뒤에도 초기 용량의 95.7%를 유지했다. 새 양극재를 사용한 배터리의 용량 유지율인 96.2%와 불과 0.5%p 차이다.

저온 플라즈마를 활용한 배터리 직접 재활용 기술 모식도

특히 이번 공정은 2차 환경오염을 일으킬 수 있는 강산이나 유독성 유기 용매를 사용하지 않는다. 공정에 투입한 용액도 반복해서 사용할 수 있어 폐수 발생과 원료 소비를 줄일 수 있다.

기존 공정의 고온 가열 단계도 저온 플라즈마 처리로 대체해 에너지 소비를 낮췄다. 고순도 양극재와 알루미늄 포일을 한꺼번에 회수할 수 있다는 점에서 공정 확대와 대량생산에도 유리할 것으로 연구팀은 내다봤다.

연구팀은 “플라즈마 기반 공정은 기존 배터리 재활용 과정의 높은 에너지 소비와 환경오염 문제를 줄일 수 있는 기술”이라며 “고순도 소재의 동시 회수와 용액의 반복 사용이 가능해 글로벌 배터리 순환경제를 뒷받침할 상용화 기술로 발전할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구에는 서동한 켄텍 교수와 최신호 한국에너지기술연구원 센터장이 공동 교신저자로 참여했다. 이소영 켄텍 박사과정 학생과 한국에너지기술연구원 진우영 선임연구원, 권오준 연구원이 공동 제1저자로 연구를 주도했다.

연구는 국가과학기술연구회(NST)와 한국에너지기술평가원(KETEP) 등의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 지난 3일 게재됐다.