이상준 교수팀, 바닷물에서 리튬 캐내는 방법 개발

우리가 매일 사용하고 있는 휴대폰, 태블릿PC, 노트북에 들어가는 리튬이온 배터리에는 리튬이라는 희토류가 들어간다. 리튬은 남미와 중국, 호주에 90% 이상 매장되어 있기 때문에 우리나라는 전량 수입에 의존할 수밖에 없다. 특히 전기차 시장이 확대되면서 수요가 공급을 앞서 리튬 확보 경쟁도 치열해지고 있다. POSTECH 연구팀이 바다에 녹아있는 2,300억 톤의 리튬으로 눈을 돌려 바닷물에서 리튬을 캐내는 방법을 개발하는 데 성공했다.

기계공학과 이상준 교수와 박사과정 박성호 씨는 알긴산 비드(bead)와 인산염 금속-유기 골격체(metal-organic framework, 이하 MOF)를 이용하여 바닷물에서 리튬을 회수하는 새로운 방안을 제안했다. 이 연구 결과는 저명 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)에 게재됐다.

연구팀은 알루미늄 금속을 가교제로 사용하여 합성된 알긴산 비드가 알루미늄의 강한 정전기적 반발력 때문에 나트륨, 칼륨, 마그네슘을 강하게 밀어내고, 리튬을 효과적으로 흡착하는 현상을 확인했다. 또한, 알긴산 비드 내부에 비정질(amorphous) 구조의 인산염 MOF를 충분히 자라게 하면, 리튬이 더 이상 흡착되지 못하고 강하게 반발하는 성질을 이용해 물과 리튬을 쉽게 분리할 수 있다.

이러한 현상을 이용하면 물에 녹아있는 이온과 유사한 크기의 분자들을 선택적으로 흡착해 리튬을 효율적으로 채굴할 수 있게 된다.

연구팀이 개발한 합성물은 복잡한 공정을 거치지 않아도 돼 간단한 시설로 손쉽게 제작할 수 있다. 이는 재료비와 저렴한 공정비용으로 해수나 염수로부터 리튬을 효과적으로 얻을 수 있다는 점에서 산업적 활용성이 높을 것으로 전망된다.

한편, 본 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

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