순천향대학교(총장 송병국)는 에너지공학과 조용현 교수 연구팀이 폐배터리 속 리튬(Li), 니켈(Ni), 코발트(Co)를 한 번의 공정으로 동시에 분리하는 전기화학 기반 신기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

이번 기술은 폐배터리뿐 아니라 반도체·수소산업 등 다양한 자원순환 공정에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

현재의 금속 회수는 여러 단계를 거치는 복잡한 화학공정이 필요하다.

연구팀은 ‘원스텝(One-step) 전기화학 분리 시스템’을 통해 한 번의 전기화학 반응으로 단축했다.

핵심은 연구팀이 자체 개발한 ‘기능성 분리막’이다. 이 분리막은 금속이온의 크기와 전하 특성을 정밀하게 구분해, 리튬은 통과시키고 니켈과 코발트는 걸러내는 역할을 한다.

연구팀은 금속이온을 제어하기 위해 활용되는 화학적 결합 조절제(EDTA)를 함께 사용해, 니켈이 특정 조건에서 다른 성질을 갖도록 만들어 리튬·니켈·코발트를 각기 다른 통로로 스스로 나뉘게 하는 정교한 시스템을 구현했다.

이 기술을 적용한 시스템에서는 리튬 98.3%, 니켈 78.0%, 코발트 77.3%를 효율적으로 분리할 수 있었다.

에너지 소비량은 기존 공정보다 약 80% 이상 줄어드는 우수한 효율을 보였다.

실제 배터리에서 추출한 용액과 유사한 조건에서도 안정적으로 작동해, 상용 폐배터리 재활용 공정으로의 확장 가능성도 입증했다.

조용현 교수는 “이번 기술은 복잡한 화학처리 없이도 전기적 방식으로 여러 금속을 동시에 분리할 수 있는 첫 사례다”며 “리튬·니켈·코발트 등 핵심 자원을 친환경적이고 경제적으로 회수할 수 있는 기반 기술”이라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단이 추진하는 글로벌 기초연구실(GRL) 지원사업, 그린수소기술자립 프로젝트, 순천향대학교 교내 연구지원사업의 후원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 세계적 학술지 Chemical Engineering Journal (IF 13.2, 환경공학 분야 상위 3%)에 게재됐다.