폐 리튬 이온 배터리에서부터 제조한 흑연의 그래핀@산화철 복합 음극소재

초록

산업혁명 이후 지구온난화로 인한 기후위기가 심각해짐에 따라 탄소 감축과 탄소 중립 달성은 세계 각국의 정책에서 핵심 주제가 되었다. 그 변화는 특히 자동차 부분에서 두드러져서 내연기관에서 전기자동차의 전환에 따른 리튬이온 배터리의 폭발적인 수요 증가로 이어졌다. 하지만 이러한 수요 증가에 맞물려 엄청난 양의 폐배터리가 배출되고 이는 곧 또다른 경제 및 환경적인 문제와 직면하므로, 폐배터리의 효율적인 재활용 및 재사용이 중요하다. 그러나 현재까지는 주로 값비싼 소재인 양극소재의 재활용에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 그 외의 부분에서는 다루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 폐배터리로부터 발생한 흑연 음극 활물질과 철 케이스를 이용하여 그래핀/철 산화물 복합 소재를 합성하였다. 사용 후 흑연으로부터 화학적으로 고부가가치 그래핀을 제조하였으며 철 케이스를 전극으로 사용하여 전기화학적인 방법을 통해 그래핀/철 산화물 복합 소재를 합성하였다. 배터리 열화이후 회수된 흑연과 박리된 그래핀의 표면 및 물리적 조성을 주사전자현미경(SEM), X선 회절 분석법(XRD), X선 광전자 분광법 (XPS), 열 중량 분석기 (TGA) 등을 통해 확인하였다. 또한, 합성한 소재의 Half-cell 성능 평가를 통해 리튬이온전지 음극으로의 전기화학적 성능을 비교하여 평가하였다.