2차 전지와 배터리 재활용

2차 전지

□ 2차 전지 정의

 

  충전식 배터리 또는 2차 전지는 사용 후 완전히 충전되어 버려지는 일회용 또는 1차 전지와 달리 여러 번 충전, 방전, 충전이 가능한 전기 전지의 한 종류입니다. 이것은 하나 이상의 전기 화학 전지로 구성되어 있습니다. "어큐뮬레이터"라는 용어는 가역적인 전기 화학 반응을 통해 에너지를 축적하고 저장하기 때문입니다.

 

  충전식 배터리는 버튼 전지부터 전기 유통망을 안정화하기 위해 연결된 메가와트 시스템에 이르기까지 다양한 모양과 크기로 생산됩니다. 납-산, 아연-공기, 니켈-카드뮴, 니켈-금속 수소화물, 리튬-이온, 인산철, 리튬-이온 폴리머 등 여러 가지 다른 전극 재료와 전해질의 조합이 사용됩니다.

 충전식 배터리는 일반적으로 1회용 배터리보다 초기에 더 비싸지만 교체가 필요하기 전에 여러 번 저렴하게 재충전할 수 있기 때문에, 전체 소유 비용과 환경 영향이 훨씬 낮습니다.  1회용 배터리와 동일한 크기와 전압으로 제공되며, 이들과 상호 교환하여 사용할 수 있습니다. 산업계가 더 나은 배터리를 만드는 데 집중함에 따라 배터리 개선을 위해 전 세계적으로 연구가 진행되고 있습니다.

 

□  2차 전지  적용

 충전식 배터리를 사용하는 기기에는 자동차 시동장치, 휴대용 소비자 기기, 경차, 도로용 차량(자동차, 트럭, 오토바이), 기차, 소형 비행기, 공구, 배터리 저장 발전소 등이 있습니다. 하이브리드 내연-배터리 및 전기자동차의 새로운 응용 분야는 비용, 무게 및 크기를 줄이고 수명을 늘리는 기술이 주도합니다. 

 

 오래된 충전식 배터리는 비교적 빠르게 방전되고, 처음 사용하기 전에 충전이 필요합니다. 새로운 저자가 방전 NiMH 배터리는 몇 달 동안 충전이 유지되며 일반적으로 정격 용량의 약 70%까지 공장에서 충전되어 판매됩니다.

 

 배터리 저장 공장은 로드 레벨링(수요가 적은 기간 동안 전기 에너지를 저장) 및 재생 가능한 에너지 사용(예: 야간에 태양열 어레이에서 생산된 전기를 사용)을 위해 충전식 배터리를 사용합니다. 로드 레벨링은 공장이 생산할 수 있는 최대 전력을 감소시켜 자본 비용과 피크 공장의 필요성을 줄입니다.

 

 Research and Markets의 보고서에 따르면  2018-2022년 기간 동안 세계 충전식 배터리 시장이 평균 8.32% 성장할 것으로 예측했습니다.

 

 작은 충전식 배터리는 휴대용 전자 장치, 동력 도구, 가전 제품 등에 동력을 공급할 수 있습니다. 무거운 배터리는 스쿠터에서 기관차, 배에 이르기까지 전기 자동차에 동력을 공급합니다. 

 

□   충전 및 방전

 

 충전 시 양극 활물질은 산화되어 전자가 생성되고, 음극 활물질은 환원되어 전자가 소비됩니다. 이 전자들이 외부 회로의 전류 흐름을 구성합니다. 전해질은 리튬이온전지나 니켈카드뮴전지와 같이 전극 사이의 내부 이온 흐름을 위한 단순한 완충 역할을 하거나 납축전지와 같이 전기화학 반응에 적극적으로 참여할 수 있습니다.

  충전용 배터리를 충전하는 데 사용되는 에너지는 보통 AC 주전원을 사용하는 배터리 충전기에서 나오지만 일부는 차량에 12V DC 콘센트를 사용할 수 있습니다. 전류 흐름을 강제하려면 소스 전압이 배터리 전압보다 높아야 하지만 너무 높거나 배터리가 손상될 수 있습니다.

  충전기는 배터리를 충전하는 데 몇 분에서 몇 시간이 걸립니다. 전압이나 온도 감지가 없는 느린 "흐린" 충전기는 저속으로 충전되며, 일반적으로 만충전에 도달하는 데 14시간 이상 걸립니다. 급속 충전기는 일반적으로 모델에 따라 2~5시간 만에 셀을 충전하는 반면, 가장 빠른 충전기는 약 15분 정도 걸립니다. 급속 충전기는 유해한 과충전이나 과열이 발생하기 전에 셀이 만충전에 도달하는 시점을 감지하기 위한 다양한 방법(단자 전압, 온도 등의 변화)이 필요합니다. 가장 빠른 충전기는 셀이 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각 팬을 포함합니다. 급속 충전을 위해 설계된 배터리 팩은 충전기가 팩을 보호하기 위해 사용하는 온도 센서를 포함할 수 있습니다. 센서는 하나 이상의 추가적인 전기 접점을 가질 수 있습니다.

  다른 배터리 화학물질은 다른 충전 계획을 요구합니다. 예를 들어, 일부 배터리 타입은 일정한 전압원으로 안전하게 충전될 수 있습니다. 다른 타입은 배터리가 완전히 충전된 전압에 도달함에 따라 테이퍼지는 정의된 전류원으로 충전되어야 합니다. 배터리의 잘못된 충전은 배터리를 손상시킬 수 있습니다. 극단적인 경우, 배터리가 과열되거나, 불이 붙거나, 폭발할 수 있습니다.

 

배터리 재활용

□ 배터리 재활용

  배터리 활용은 고형 생활폐기물로 처리되는 배터리를 줄이기 위한 처리 활동입니다. 배터리는 중금속과 독성 화학물질이 다량 함유되어 있으며, 일반 생활폐기물과 동일한 공정으로 재활용하면 토양과 수질오염에 대한 우려가 있습니다.

 

□ 배터리의 종류별 재활용

 

  대부분의 배터리 유형은 재활용이 가능하다. 그러나 납 형태의 자동차 배터리와 같은 일부 배터리는 다른 배터리에 비해 처리가 용이합니다. 니켈 카드뮴(Ni-Cd), 니켈 금속 수소화물(Ni-MH), 리튬 이온(Li-ion) 및 니켈 아연(Ni-Zn)도 재활용이 가능합니다. 1회용 알칼리 배터리는 배터리 사용량의 절대적인 부분을 차지하지만 현재 경제적으로 중립적인 재활용 옵션이 없습니다. 소비자 폐기물 관리 지침은 지역에 따라 다릅니다.

 

  알칼리 배터리 재활용에 대한 유럽의 평가는 환경적 이점을 보여주었지만, 재활용보다 훨씬 더 많은 비용이 듭니다. 아연 탄소 및 아연 공기 배터리는 동일한 공정에서 사용됩니다. 소비자들은 2017년에 구입한 휴대용 배터리의 거의 절반을 재활용했습니다.

□ 납축전지

  납 배터리에는 자동차 배터리, 골프 카트 배터리, UPS 배터리, 산업용 배터리, 오토바이 배터리 및 상용 배터리가 포함되지만 이를 제한되는 것은 아닙니다. 일반 납 배터리, 밀봉 납 배터리, 젤 타입 또는 흡수성 유리 매트 배터리일 수 있습니다. 산을 중화하기 위해 분쇄하고 납에서 폴리머를 분리하여 재활용합니다. 회수된 물질은 새로운 배터리를 포함하여 다양한 용도로 사용됩니다

  납 축전지에서 나오는 납은 재활용될 수 있습니다. 

  납 배터리는 종종 폴리프로필렌 또는 ABS로 만들어지며 플라스틱의 재활용에 상당한 한계가 있지만 재활용할 수도 있습니다.

  많은 도시들이 납 축전지를 위한 배터리 재활용 서비스를 제공합니다. 미국과 캐나다를 포함한 일부 국가에서는 배터리에 대해 환불 가능한 보증금을 지불합니다. 이는 오래된 배터리를 가정 폐기물로 처리하는 대신 재활용을 장려합니다. 신차 배터리를 판매하는 회사들은 재활용을 위해 중고 배터리를 수거할 수도 있습니다.

 

□ 산화은 배터리

  시계, 장난감 및 일부 의료기기에 가장 일반적으로 사용되는 산화물에는 배터리에 소량의 수은이 포함되어 있습니다. 대부분의 규제는 환경으로의 배출을 줄이기 위해 수은의 취급 및 폐기를 규제합니다. 산화된 배터리는 수은을 회수하기 위해 재활용될 수 있습니다.