폐배터리 파쇄 없이 성능 95% 되살린다…코넬대 '전극 재생' 공정 공개

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Jun 28, 2026

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코넬대 연구진이 수명이 다한 리튬이온 배터리를 분쇄하지 않고 전기화학 용액에 담가 초기 성능의 95%까지 회복시키는 공정을 개발했다. 이 기술은 기존 재활용 방식 대비 셀 제조 비용을 56% 절감하는 것으로 분석됐다. 연구 결과는 국제 학술지 '에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스(EES)'에 게재됐다.

미국 코넬대학교 연구진이 폐리튬이온 배터리를 파쇄하지 않고 전극을 그대로 재생해 초기 용량의 약 95%까지 되돌리는 전기화학 공정을 개발했다고 과학매체 뉴아틀라스가 현지시간 25일 보도했다.

두꺼워진 SEI 층만 녹여 전극 되살리는 'DEER' 공정 등장

리튬이온 배터리는 충·방전을 반복하면 전극 표면에 '고체 전해질 계면(SEI)' 층이 점점 두꺼워지면서 저항이 커지고 용량이 줄어든다. 연구진은 이 두꺼워진 SEI 층이 전극 표면을 덮을 뿐 전극의 기본 구조 자체는 손상시키지 않는다는 점에 착안했다. 이에 폐배터리를 분쇄하지 않고 전극을 온전히 분리한 뒤 금속 집전체에 연결한 채 '1,3-디메틸-2-이미다졸리디논' 용액에 담그는 '직접 전극 간 재생(DEER)' 공정을 제안했다. 용액은 성능을 저해하던 SEI 층만 선택적으로 녹여 전극을 새것에 가까운 상태로 복원한다.

셀 제조 비용 56% 절감…유해물질·물 사용량도 감소

연구진은 아르곤 국립연구소 리셀 센터가 개발한 오픈소스 소프트웨어로 경제성과 환경 영향을 분석했다. 그 결과 DEER 공정은 기존 배터리 재활용 방식 대비 셀 제조 비용을 56% 절감하는 것으로 나타났다. 기존의 건식·습식 제련 추출 과정을 생략해 비용과 시간, 에너지를 아낄 수 있고 유해 대기오염 물질 배출량과 물 사용량도 줄었다. 재생 과정에서 전극 표면에 얇은 불화리튬(LiF) 층이 형성돼 SEI의 과도한 성장을 억제하는 보호막 역할을 하면서, 재생 전극으로 만든 배터리는 높은 사이클 안정성을 보였다.

다음 과제는 '리튬 손실' 등 다른 열화 원인 해결

연구 책임자인 비바 칼라 코넬대 화학공학과 교수는 배터리를 분쇄하지 않고 그대로 수리해 다시 활용하는 방식이라며, 용해 과정이 용량 회복의 핵심이고 회복률은 약 95% 수준이라고 설명했다. 연구진은 현재 처리 대상 폐배터리가 초기 성능의 70~80%를 유지하는, 전기차에서 버려지는 전형적인 수준이라고 밝혔다. 향후에는 리튬 손실 등 다른 형태의 열화 메커니즘까지 함께 해결해 배터리 수명을 더 연장하는 것을 목표로 하고 있다.

전극을 통째로 분쇄해 핵심 광물을 추출하던 기존 재활용 방식과 달리, 코넬대의 DEER 공정은 전극을 살린 채 SEI 층만 제거해 비용과 환경 부담을 동시에 낮췄다. 전기차·ESS 폐배터리가 2040년 100조원 규모로 쏟아질 것으로 전망되는 가운데, 회수 광물 추출이 아닌 '전극 재생'이라는 새로운 접근이 배터리 순환 경제의 선택지를 넓힐지 주목된다.

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