고순도 금속리튬 회수기술 국내 첫 개발

기초연 김양수 박사팀, 고성능 흡착제 이어 전기화학법 활용 '직접생산 길 활짝'

▲ 김양수 박사

국내연구진이 해수, 염수, 천일염전에 녹아있는 리튬을 전기화학적 방법으로, 고순도 금속 리튬으로 직접 회수하는 기술을 개발했다.

한국기초과학지원연구원(이하 기초연) 순천센터 김양수<사진> 박사팀은 해수, 염수, 천일염전 함수에 용존된 리튬을 고성능 흡착제로 추출하는 기술과 흡착제에 흡착된 리튬을 전기화학적인 방법으로 금속 리튬을 직접 회수하는 공정을 개발했다고 밝혔다.

김양수 박사팀이 개발한 기술은 기존 해수, 염수, 함수 등에 용존된 리튬을 회수할 때 탄산 리튬으로 합성해 추출하는 기존 방식에서 탈피, 전기화학적인 방법을 활용해 리튬 흡착제로부터 고부가가치 금속 리튬을 직접 생산할 수 있다.

이번에 개발된 기술은 천일염전 함수에서 고성능 흡착제로 리튬을 흡착한 후, 리튬을 흡착한 상태의 흡착제를 비수용성 전해질 조건에서 흡착제의 전위를 제어하는 전기화학법을 통해 고순도 금속 리튬을 회수하는 공정이다. 이 방식은 리튬을 흡착한 상태의 리튬흡착제에 양극(＋)의 전압을 가하면, 음극(-)에 연결된 니켈 금속판에 리튬이 부착되는 원리다.

전기화학적 공정에 의한 금속 리튬 회수는 구조적으로 단순하기 때문에 기존의 용융염 전해법이나 진공 환원법에서와 같은 대형 내산성 수조, 산성용액, 액체 분리, 건조 과정 등의 단계가 생략되기 때문에 생산성을 크게 증대시키는 동시에 생산원가를 낮출 수 있을 것으로 예상한다.

이번 연구결과를 통해 그동안 전량 수입하는 금속 리튬을 국내의 해수 또는 천일염전 함수에서 생산하면 수입 대체효과 및 금속 리튬 수출국으로서의 입지 형성이 가능하고 전략 희소 금속인 리튬 확보 경쟁에서 우위를 점할 수 있다.

특히 전라남도 천일염전에 적용하면 연간 600t 정도의 금속리튬 생산이 가능하고, 300억 원 이상의 수입 대체효과가 있을 것으로 기대된다.

기초(연) 순천 센터 김양수 박사는 “천일염전 함수에 용존된 리튬을 흡착하는 고성능 흡착제를 합성하는 원천 기술을 지난해 확보하고, 이번에 전기화학적 방식으로 금속리튬 직접 회수하는 공정까지 개발해 상당한 기술적 독립을 이루었다”며, “그러나 전기화학법에 의한 금속 리튬 직접 회수 공정을 상용화하기 위해서는 추가적인 기반기술 개발이 필요하므로 국내 대기업 및 지자체, 국책 연구기관 등의 우수한 연구진과 공동 연구를 협의중이다”라고 밝혔다.

한편, 광물자원공사 자료에 따르면, 2012년 세계 합금용 금속리튬 수요는 2차 전지에 사용되는 리튬 수요와 비슷한 5300t(금속리튬 기준) 규모이며, 연평균 증가율 약 9.4%로 예측된다. 앞으로 차세대 대용량 금속-공기 전지 등에 음극 활물질로서 금속 리튬이 사용되면 수요량이 증대될 것으로 보여 금속리튬 확보 기술이 매우 중요하다.

권은남 기자 silver@