플리
2019 CE
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 리튬이온전지의 전해질염과 아세트산의 반응을 이용한 리튬 추출 및 유해가스 처리에 관한 연구 ..
영문 : Extraction of Lithium by-products from electrolyte salt using acetic acid without emitting toxic gases..
과제 팀명
플리..
지도교수
정철수 교수님
개발기간
2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 김**(팀장)
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 정**
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 조**
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 이**
서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 남**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ 대부분의 폐배터리 재활용 공정은 환경에 해로운 무기산을 사용하여 양극재 속 유가금속을 추출하는 것에 주로 초점이 맞춰져 있다. ◇ 폐전해질 재활용에 대한 연구가 미흡하고 재활용과정에서 발생하는 유해가스를 처리하는 연구도 거의 이루어지지 않고 있다. ◇ 본 과제에서는 친환경 유기산을 사용하여 의 Li을 로 의 F를 의 형태로 회수한다.
개발 과제의 배경
◇ 일반적으로 사용한 리튬이온배터리는 생활폐기물로 매립, 소각 등의 방법을 통해 처리된다. 이 과정으로 인해 매립지에서는 중금속이 토양, 지하수 또는 지표수로 침출될 가능성이 있으며 소각 과정에서 배터리에 포함된 중금속이 금속 형태로 전환되어 수질 오염을 유발할 수 있어 폐배터리 재활용이 필요하다. ◇ 리튬이온배터리에 사용되는 원료들은 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등 광석에서 추출되는 금속으로 생산국이 적으며 추정 매장량이 적어 향후 몇 년간 원료 수급에 문제가 생길 것으로 예상된다. ◇ 대부분의 배터리 재활용은 양극재에서의 금속 추출에 초점이 맞춰져 있음. 일반적으로 배터리를 파쇄하여 내부 물질을 입자화해 공정을 통해 추출한다. 이 과정에서 전해질에 있는 육불화인산리튬()이 공기 중 수분과 반응하여 불화수소(), 오플루오린화 인() 등의 독성 가스를 배출함. 이를 해결하기 위해 전해질에서의 유가 금속 추출과 독성 가스 처리가 필요하다.
개발 과제의 목표 및 내용
◇ 폐배터리 전해질 속 육불화인산리튬()이 아세트산과 반응하여 대기중에서 반응성이 낮은 상태의 유용한 리튬염을 얻도록 한다. ◇ 재활용 과정에서 나오는 독성 가스를 수산화나트륨 수용액((aq.))을 이용해 처리하도록 한다. ◇ 폐배터리 재활용 과정에서 사용되는 무기산이 아닌 환경에 덜 해로운 유기산을 사용하여 독성 가스 배출양을 줄이고 폐수 처리를 용이하게 한다. ◇ 실제 리튬이온배터리 재활용 공정에서 사용 가능성을 판단하고 적용하는 데 필요한 추가적인 요소에 대해 논의한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
◇ 기업 측면: 수집 및 전처리 후 습식제련을 통한 고순도 배터리용 소재 생산 (성일하이텍)
◇ 연구 측면: 젖산과 옥살산을 이용해 폐 이차 리튬이온 전지 양극활물질로부터 희유금속들의 회수
- 특허조사 및 특허 전략 분석
◇ 로디아 오퍼레이션스. 전해질 염을 회수하는 방법. 10-2017-0018048, June 16, 2015 and issued February 15, 2017 ◇ 폐리튬이온 2차전지의 양극재로부터 리튬을 회수하여 고순도 탄산리튬을 제조하는 방법. 10-1682217, Sep 02, 2016 and issued November 28, 2016
- 기술 로드맵
◇ 양극재가 아닌 전해질 환경에서의 연구 ◇ 재활용과정에서 유해가스처리 공정을 추가 ◇ 재활용과정에서 발생하는 폐기물 최소화 ◇ 환경에 이로운 유기산을 사용하여 효율 극대화
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 전해질에서의 리튬추출을 통해 전체 배터리 재활용공정에서의 리튬 회수 수율을 높일 수 있다. ◇ 전처리과정이 필요하지 않아 기존의 재활용 공정보다 간단한 처리공정이 될 수 있다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
◇ 본 연구에서 전해액 속 리튬을 추출하여 최종적으로 형태로 리튬을 회수함으로서 불안정한 수급으로 인한 가격 상승을 해결하고 리튬 이온 배터리 공급을 안정화할 수 있다. ◇ 본 연구의 최종 product인 의 경우 실험실에서 DNA와 RNA의 겔 전기영동을 위한 완충제로 사용되며 세포벽을 투과시키는 데 사용하는 등 세포 및 DNA 연구에 중요한 역할을 한다. ◇ 폐배터리의 수거 및 재활용을 통하여 배터리 원료를 채굴하기 위해 사용되는 물 (리튬 1톤에 약 230만 리터)을 아낄 수 있으며 폐배터리 처분과정에서 발생할 수 있는 문제들을 예방할 수 있다. ◇ 본 연구에서는 보다 친환경적인 용매를 사용하여 리튬을 추출하고 독성물질을 처리하는 공정을 추가하여 보다 환경 친화적인 리튬추출방안이 될 것으로 예상된다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
◇ 김아현 : 반응조건 실험1 및 실험 결과분석 담당 ◇ 함이수 : 반응조건 실험2 및 최종보고서 작성 ◇ 안이재 : 반응조건 실험3 및 최종보고서 작성
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
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특허 출원 내용
내용
