국립부경대·중앙대, ‘금속 회수율 99%’ 폐이차전지 재활용 친환경 혁신 기술 개발

- 고민성·채수종·장해성 교수팀 공동연구팀 성과

- 국제학술지 <Energy & Environmental Materials> 논문 게재

국립부경대학교와 중앙대학교 공동연구팀이 외부 환원제 없이 유가금속을 회수할 수 있는 폐이차전지 재활용 혁신기술을 개발했다.

이 기술은 전기차 보급 확산으로 급증하고 있는 폐이차전지 처리 문제에 대한 새로운 해법이 될 것으로 보인다.

국립부경대 고민성 교수(금속공학전공)와 채수종 교수(에너지화학소재전공), 중앙대 장해성 교수(첨단소재공학전공) 공동연구팀은 ‘간소화된 직접 탄소열환원(SDCR, Simplified Direct Carbothermic Reduction)’ 기술을 개발했다. 이 연구 성과는 에너지 및 환경소재 분야의 세계적 학술지 <Energy & Environmental Materials(IF=14.1) 2026년 3월호에 게재됐다.

연구팀이 개발한 SDCR 기술은 기존 폐이차전지 재활용 기술과 달리 폐전극에 내재된 탄소 성분을 활용해 금속을 직접 환원하고 회수하는 방식이다.

기존에는 폐이차전지를 재활용하기 위해 복잡한 전처리 과정과 외부 화학물질을 사용하는 것이 필수적이다. 현재 상용화된 습식(hydrometallurgy) 및 건식(pyrometallurgy) 공정은 고온 소성, 유해가스 및 폐산 발생, 대규모 설비 필요 등으로 환경오염과 비용에 대한 부담이 크다. 이러한 구조적 문제로 인해 이차전지 재활용의 실효성이 떨어진다는 지적도 많았다.

SDCR 기술은 전극 내 도전재와 바인더 등에 포함된 탄소 성분을 내재된 환원제로 활용하는 방식이다. 이 기술은 폐전극의 물리적 구조를 파괴하지 않고 그대로 유지한 상태에서 환원과 금속 회수를 동시에 수행할 수 있다.

이와 함께 고온 소성이 필요한 기존 건식 공정 대비 낮은 온도에서도 공정이 가능해 에너지 소비를 크게 줄일 수 있어, 환경 부담을 줄이면서도 재활용 효율을 극대화할 수 있다는 점에서 산업적 활용 가능성이 매우 높을 것으로 예상된다.

폐리튬이차전지에 SDCR 공정을 적용한 연구팀의 실험 결과, 코발트는 99.5%, 리튬은 98.6%의 높은 회수율을 기록했다. 기존 습식 공정 대비 에너지 소비는 약 73% 감소했고, 온실가스 배출량도 약 41% 줄어든 것으로 나타났다. 이 같은 수치는 이 기술이 환경성과 경제성 모두 경쟁력을 확보했다는 의미다.

고민성 교수는 “이 기술의 핵심은 별도 환원제나 유해 화학물질을 사용하지 않고, 폐배터리 내부 구성 요소만으로 환원을 유도해 재활용을 실현했다는 데 있다. 앞으로 이 기술이 다양한 형태의 리튬이차전지 재활용에 폭넓게 적용돼 지속 가능한 자원순환체계 구축에 중요한 전환점이 될 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실지원사업과 산업통상자원부의 소재부품기술개발사업 등의 지원으로 수행됐다.

※ 붙임: 1. 공동연구팀 사진. 왼쪽부터 고민성, 채수종, 장해성 교수, 강동훈, 임주원 연구원

2. 드라이 전극(DE)과 캘린더링 전극(CE) 간 기공 구조 차이에 따른 환원 가스 포집 및 반응성 차이 모식도 및 단면 이미지