열화된 이산화타이타늄 나노튜브 음극재의 물분해 소재로의 재활용

초록

오늘날 리튬이온배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 수명으로 인하여 에너지 저장장치로써 엄청난 수요가 있다. 이와 더불어 시간이 지남에 따라 엄청난 양의 폐배터리 역시 발생하고 있다. 이는 곧 경제적, 환경적 문제와 직면하므로, 이러한 폐배터리를 회수 혹은 재활용하여 다시 사용하고자하는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 또한 실리콘 기반의 물질은 4200 mAh/g 의 높은 이론용량을 지니고 자연계에 풍부하며, 친환경적인 물질로 기존의 흑연 기반의 전극을 대체할 음극소재로써 여겨지고 있다. 본 연구에서는 폐배터리의 구성 요소중 음극재에 해당하는 실리콘 기반의 물질을 회수하여 배터리로 재활용하는 연구를 수행하였다. 재활용하는 방법은 용매와 열처리를 이용하여 개질하였으며, 이러한 과정을 통하여 부산물이나 이물질들이 사라졌음을 X선 광전자 분광법(XPS)를 통하여 확인하였다. 이렇게 개질한 실리콘 산화물은 부피팽창 등의 문제가 사라지고 다시 기존의 배터리 모습과 유사한 표면의 구조를 가지는 것을 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인할 수 있었다. 또한 이러한 과정 중 열처리에서 가하는 온도에 따라 실리콘 입자크기의 변화 등을 X선 회절 분석기(XRD)를 통하여 관찰하였다. 개질을 거치지 않은 폐배터리에 비하여 성능이 회복되어 우수한 성능을 보이는 것을 충·방전 사이클 테스트 및 전기화학 임피던스 분광법을 통하여 비교·분석하였다.