전기차와 폐배터리

온실가스로 인한 기상이후가 시작됨과 동시에 온실가스 배출의 주원인인 석유사용을 줄이자는 움직임이 시작되었다. 그 일환으로 석유사용의 많은 부분을 차지하고있는 내연기관차 사용을 줄이고 전기차 사용을 확대하고자하는 움직임이 커지고 있으며 2035년부터 많은 나라와 주요도시가 내연기관차 판매를 법적으로 막을 예정이다.

전기 자동차의 종류

전기 자동차에는 내연기관차와 달리 엔진과 변속기가 없고 전기동력기 장치, 인버터 등이 있으며 구조가 단순하다. 하이브리드와 달리 플러그인 하이브리드 자동차는 모터 발전기(에너지원이 전기)가 주동력원이며 배터리를 충전할 수 있게 되어있다. 전기차의 단점을 보완할 수 있을 것이라 생각되나 전기도 충전해야하고 기름도 넣어야하는 귀찮음으로 인해 국내시장에 외면받아왔다. 이로 인해 국산차 중에서는 니로의 플러그인 하이브리드만 남아 2021년 12월까지 판매했으나, 2022년 1월에 출시한 2세대 니로(SG2)부터는 플러그인 하이브리드를 모두 해외에 수출하고 내수에서는 더 이상 판매하지 않기로 결정함에 따라 국산 플러그인 하이브리드 차량은 내수 시장에서 전멸했다.

배터리의 구성품과 단위

설: 2차전지의 구성요소이며 최소단위

전기 배터리의 성능은 주행가능거리를 기준으로 매기는데, 배터리 크기를 키우면 주행거리가 늘어나 좋은 성능을 발휘할 것 같지만 배터리 부피와 무게가 늘면 실내공간이 줄고 에너지 효율이 떨어지기에 배터리 내 에너지 밀도를 높여 용량과 수명을 늘리는 기술이 중요하다.

배터리의 수명은 보통 7~10년이라고 보며 충전방전을 하며 성능이 조금씩 저하된다. 배터리 잔량 20~80%일 때 자주 충전해주는 것이 배터리 수명 관리에 좋다.

폐배터리 재활용의 필요성과 과정

배터리 원료 확보가 곧 전기차의 시장성을 결정하는데 칠레가 자원안보와 환경보호를 앞세우고 있고 배터리 원료 수요확대로 그 가격이 천정부지로 뛰고있다. 많은 전문가들은 수년 내 세계적인 원자재 부족현상이 발생할 수도 있다고 한다.

현재 원자재는 90%이상 중국에 의존하고 있고 폐배터리가 관리되지 않을 경우 중금속으로 인한 심각한 환경오염 가능성도 존재한다. 또한 폐배터리를 재활용할 시 생산단가가 신품에 비해 크게 낮다는 장점도 있다.

그렇기에 폐배터리를 재활용하는 것이 중요하다. 폐배터리 재활용을 통해 원자재 90% 이상이 회수가능하며 전기차가 본격적으로 사용된 시점을 기준으로 7년이 지난 2025년부터 폐배터리 배출량이 급증할 것으로 보이기에 폐배터리 재활용 준비가 시급하다. 폐배터리 재활용을 위한 공정에는 어떤 과정이 있을까?

배터리는 충전, 방전을 반복하게 되먀 10년 정도 타면 수명이 80%정도 남게된다. 실제로 60%의 수명이 남은 배터리는 다른 제품에 재사용을 하게되고 60% 이하는 재활용하게 된다.

건식 용융 방식 재활용

습식방식: 재활용 대상인 배터리를 셀 단위까지 분리하고 분쇄 후 용매를 이용하여 재활용 가능한 재료를 침출하는 방식. 이는 전처리 과정이 복잡하고 리튬 외 금속 손실되는 단점

건식 용융 방식: 팩이나 모듈단위 그대로 파쇄 해 플레이크 형태로 만들어 녹이는 방식, 리튬을 공정 첫 단계에서 90%이상 회수 할 수 있다. 니켈,코발트는 95% 이상 회수할 수 있다. [(주)영풍이라는 회사에서 개발]

구순도 수산화리튬 회수 기술: 다른 금속물질과 강하게 결합되어있는 수산화리튬을 먼저 분리해내면 나머지 주요 광물인 니켈, 코발트, 망간도 추출하는 것이 용이해진다.

7~10년 사용된 리튬이온배터리는 폐배터리가 될 예정이며 2025년 전후로 페배터리사업이 활황일 것으로 예상

배터리팩 검사에서 외부가 크게 손상된 배터리팩은 폐기처리하고 진단검사를 거쳐 우수한 배터리는 ESS로 바로 재사용되고 비우수 등급 배터리팩은 모듈 검사 공정을 거치게된다.

모듈검사 과정에서 6가지 진단검사를 통해 우수 등급 모듈로 선정도면 가로등, 가정용, 휠체어 등 소형 ESS로 재사용되고 비우수 등급 모듈은 금속을 추출하는 민간 기업에 매각된다. 

*고전압 교류 인피던스 분석기: 기존 충전과 방전을 반복하며 배터리 품질 검사 시 검사 시간만 15~20시간이 소요되나 고전압 교류 인피던스 분석기 분석 결과를 이용하면 10분만에 검사결과가 나오며 수 억원의 시설 투자와 회당 백만원의 검사비용이 들지 않는다. (민테크)

*방전기술: 에너지가 완전히 방전되지 않은 배터리를 분해할 경우 폭발이 일어날 가능성이 있기에 배터리를 0%까지 방전시키는 기술이 필요하다. 

닫는 글

2차전지 원자재 수급, 가격 추이와 폐배터리 시장전망을 보았을 떄 폐배터리 재활용 사업은 앞으로 주요 산업이 될 것이 보여진다. 주요산업을 주도하는 기업을 잘 선정하여 나의 동반자 주식을 찾아내야겠다.