한국지질자원연구원(KIGAM 원장 김규한) 광물자원연구본부 희유자원활용연구실 장희동 박사 연구팀이 폐실리콘 슬러지로부터 차세대 리튬이차전지의 음극소재인 실리콘-그래핀 복합체를 제조하는 기술을 세계 최초로 개발했다.
본 기술 개발은 한양대 김한수 교수 및 미국 노스웨스턴대 지아싱 후앙(Jiaxing Huang) 교수와의 공동 연구를 통해 이뤄졌다.
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실리콘 슬러지(폐기물)는 반도체 및 태양전지용 실리콘 웨이퍼(얇은 실리콘 판) 제조 공정에서 발생하며, 주성분은 실리콘과 실리콘 카바이드다. 발생 규모가 연간 10,000톤 이상이나 대부분 폐기되고 있다. 실리콘 슬러지에는 순도 10N(99.99999999%) 이상의 초고순도 실리콘 나노입자들이 30%이상 함유 되어 있어 이를 분리 회수하는 방법이 최근 높은 관심을 받고 있다.
장 박사 연구팀에서 개발한 기술은 △폐실리콘 슬러지를 물에 분산시킨 콜로이드 용액으로부터 △에어로졸 공정을 이용하여 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘을 화학적인 처리 없이 단일 스텝(one-step)으로 분리회수 후, △그래핀과 바로 결합시켜 고효율 이차전지 음극 소재인 실리콘-그래핀 복합체를 제조하는 기술이다.
이번 연구결과는 세계적인 학술지 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’ 온라인판에 30일(영국시각)에 게재됐다.
논문명은 ‘Aerosol-Assisted Extraction of Silicon Nanoparticles from Wafer Slicing Waste for Lithium Ion Batteries’ 이다.
한편, 이 기술은 환경부 글로벌탑 환경기술개발사업인 폐금속유용자원재활용사업단(단장 조봉규)의 지원을 받아 개발됐다. 조봉규 단장은 “이 기술은 그동안 방치됐던 폐기물을 창조적으로 재활용할 수 있는 중요한 계기를 마련했다”며, “환경문제 해결과 고부가 자원 확보를 동시에 달성한 업사이클링(Up-cycling) 우수성과로 동일한 슬러지가 발생되고 있는 해외에 기술을 수출할 가능성이 매우 높다”고 밝혔다.
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