XRF 및 라만 기술이 리튬 이온 배터리 재활용을 향상시키는 방법
Kyle D'Silva , Analytical Instruments의 청정 에너지 책임자
2025년 1월 14일
Thermo Fisher Scientific에서는 XRF와 라만 기술이 리튬 이온 배터리 재활용 효율성을 개선하고, 재료 회수와 지속 가능성 노력에 어떻게 도움이 되는지 강조합니다.
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XRF 및 라만 기술이 리튬 이온 배터리 재활용을 향상시키는 방법
Kyle D'Silva , Analytical Instruments의 청정 에너지 책임자
2025년 1월 14일
Thermo Fisher Scientific에서는 XRF와 라만 기술이 리튬 이온 배터리 재활용 효율성을 개선하고, 재료 회수와 지속 가능성 노력에 어떻게 도움이 되는지 강조합니다.
기술에 대한 의존도가 커짐에 따라 전 세계적으로 자동차부터 원격 엔터테인먼트 시스템, 배터리 구동 가전제품에 이르기까지 이러한 기술 대부분에 전력을 공급하는 데 사용되는 리튬 이온 배터리의 양도 증가하고 있습니다.
McKinsey에 따르면 이러한 배터리에 대한 수요는 계속해서 급증하고 있으며, 이러한 배터리가 수명이 다했을 때 효과적인 재활용 관행이 절실히 필요하다는 점을 강조합니다.
상당한 노력에도 불구하고 배터리 산업의 대부분 재활용 프로세스는 여전히 비효율적이며 유럽과 북미의 평균 폐기율은 약 50%입니다.
그러나 많은 회사가 더 나은 성과를 내기 위해 노력하고 있으며, 이전에 제조 프로세스 개선으로 배터리 폐기율이 거의 60% 감소했다고 공유한 Tesla도 있습니다.
리튬 이온 배터리는 스마트폰에서 전기 자동차(EV)에 이르기까지 광범위한 기기에 전원을 공급하며, 진화하는 디지털 환경을 형성하는 혁신의 중요한 원동력입니다.
그러나 새로운 소재를 채굴하는 것만으로는 최근 몇 년 동안 세계 경제 포럼이 우려 사항으로 강조한 리튬 이온 배터리에 대한 증가하는 수요를 충족하기에 충분하지 않습니다.
리튬 이온 배터리는 니켈, 망간, 코발트 및 리튬에 크게 의존하며, 이는 추출 및 공급에 상당한 어려움을 초래할 수 있습니다.
코발트 채굴은 정치적으로 불안정한 지역에 집중되어 있으며 종종 인권 침해와 관련이 있는 반면, 리튬 추출은 환경 파괴와 물 부족으로 이어질 수 있습니다. 이러한 중요한 미네랄의 불균일한 지리적 분포는 공급망 취약성을 악화시키고 가격 변동 위험을 증가시킵니다.
제조업체는 시장의 요구를 충족시키기 위해 재료를 회수하고 재활용하는 능력을 향상시켜야 합니다.
효과적인 재활용 관행은 채굴에 대한 압력을 완화하고 환경적 지속 가능성에 기여합니다.
X선 형광(XRF), 라만 분광법 등과 같은 첨단 기술은 재활용 수율을 개선하고 폐기물을 줄이기 위해 재료를 식별하고 측정하는 데 도움이 되어 배터리 재활용 프로세스를 발전시키는 데 중요합니다.
배터리 분해 및 블랙매스 관리
재활용 노력을 늘리는 데는 많은 이점이 있지만, 많은 어려움도 있습니다.
배터리 재활용의 주요 어려움 중 하나는 미래의 배터리 제조에 추출하여 재사용할 수 있는 순수한 물질을 식별하는 것입니다.
사용된 배터리를 분해, 분쇄, 파쇄 및 가공하면 블랙 매스라고 하는 폐기물 흐름이 생성됩니다. 이 혼합물에는 니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co), 리튬(Li)과 같은 귀중한 금속이 포함되어 있어 재활용 노력에 중요한 초점이 됩니다.
특히 EU의 규정은 지속 가능성과 생산자 책임 확대를 강조하여 블랙 매스 처리가 점점 더 중요하고 수익성 있게 되었습니다.
최근 유럽 연합 이사회는 생산자가 휴대용 배터리 폐기물을 수거하도록 하는 목표를 설정하는 규정을 시행했습니다(2027년 말까지 63%, 2030년 말까지 73%). 분석 기술은 최대 불순물 수준을 인증하고 최적의 처리를 위해 폐기물 흐름을 구분하는 데 필수적입니다.
높은 재료 보증 및 재료 처리에 대한 필요성을 지원하기 위해 XRF 분석기는 실시간 원소 분석을 제공하여 음극 화학 유형별로 유입되는 재료를 빠르게 선별하고 분리하는 데 도움이 됩니다.
이러한 분석기는 검은 덩어리와 그 불순물의 함량을 결정할 수 있습니다.
XRF 기술은 재활용 공정에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 가장 빠른 속도에서 금속 회수를 개발하고 모니터링하는 데 필수적인 원소 분석을 제공합니다.
특히 검은 덩어리의 습식 야금 공정에서 XRF는 산성 또는 염기성 공정 스트림이 고체 염으로 침전됨에 따라 반응 종말점을 최적화하여 귀중한 금속 염의 회수를 돕습니다. 재활용 공정 전체에서 XRF는 여러 번 다시 사용됩니다.
정밀한 제어의 약속
재활용에서 정밀한 제어는 최소한의 손실로 귀중한 재료를 추출하여 경제적 실행 가능성과 환경적 지속 가능성을 모두 향상시킵니다.
XRF 및 라만 분광법과 같은 기술은 효과적인 재활용 프로세스에 필요한 정밀성을 제공합니다. 최근 몇 년 동안 미국에 있는 배터리 재활용 회사는 습식 야금 플랫폼에 라만 분광법의 기능을 활용했습니다.
라만 분광법은 레이저로 조사된 샘플의 산란광을 분석하여 자세한 화학 정보를 제공합니다.
재활용에서 이 기술은 재료를 식별하고 정량화하고, 공정 역학을 모니터링하고, 회수된 재료의 품질을 평가하는 데 탁월합니다.
이 기술은 양극 활성 물질에서 Co, Li, Mn과 같은 필수 원소를 재활용하는 효율성과 수율을 크게 향상시켰습니다.
또한 배터리 고장을 넘어 온라인 라만 분광 시스템은 재활용 프로세스의 실시간 모니터링 및 조정을 가능하게 하여 효율성을 개선했습니다. 라만 분광법은 원소 금속에는 맹목적이지만 금속 산화물, 황산염, 인산염 및 탄산염에는 민감할 수 있습니다.
반응의 지속적인 모니터링은 더 높은 회수율과 최소화된 폐기물로 이어졌습니다. 게다가 라만 분광법은 반응 진행에 대한 즉각적인 통찰력을 제공하여 반응을 더 잘 제어하고 폐기물과 시약 소비를 줄일 수 있습니다.
미래 방향 및 의미
지속적인 연구 개발은 배터리 재활용 과제를 극복하고 혁신적인 분석 솔루션의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 필수적입니다.
XRF, 라만 분광법 등과 같은 기술은 이러한 노력의 최전선에 있으며, 이를 수용하는 것은 배터리 재활용에서 지속 가능한 미래를 실현하는 데 중요합니다. 이러한 기술은 이 분야에서 혁신과 지속 가능성을 주도하여 재활용 프로세스가 효율적이고 비용 효율적이며 환경 친화적이 되도록 보장합니다.
배터리 재활용에 XRF, 라만 분광법 및 기타 고급 분석 기술을 통합하면 귀중한 재료의 회수 및 재사용이 향상될 뿐만 아니라 배터리 수명 주기 관리에서 보다 지속 가능하고 경제적으로 실행 가능한 미래를 위한 무대가 마련됩니다.
이러한 기술과 프로세스를 지속적으로 발전시킴으로써 업계는 환경 영향을 최소화하는 동시에 리튬 이온 배터리에 대한 증가하는 수요를 충족할 수 있습니다.
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Kyle D’Silva
Director of Clean Energy for Analytical Instruments, Thermo Fisher Scientific
D’Silva is an Analytical Chemist with expertise in spectroscopy, chromatography, and mass. He is responsible for the strategic and market development of analytical instrument portfolios that serve the battery, solar, carbon storage, biofuels, and hydrogen end markets.
선진상사는
사업장 비배출 시설계 폐기물 관련 허가업체로서
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