KR101399763B1 - 납축전지 재활용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납축전지 재활용 방법에 관한 것으로, 폐 납축전지를 폐기 처분하지 않고 재생할 수 있도록 하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명은, 더 이상 충전이 되지 않는 폐 납축전지를 나노 버블/마이크로 버블수로 세정하여 불순물을 제거함으로써, 재충전하여 재생하는 방법을 제공하여 상기 목적을 달성한다.

Description

납축전지 재활용방법{LEAD BATTERY RECYCLING METHOD}

본 발명은 납축전지 재활용 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 더 이상 재충전이 불가능하여 폐기처리하게 된 납축전지를 세정하여 재충전 가능하게 하는 방법에 관한 것이다.

납축전지는 대표적인 2차 전지로서 자동차용 배터리로 널리 이용되며, 그외 중장비용, 공업용 등으로 이용되고 있다. 도 1은 자동차용 배터리의 구조를 보여주는 사시도 이며, 도 2는 납축전지의 방전/충전의 화학반응을 설명한다. 도 2에서와 같이 황산 전해질 속에 Pb로 된 음극과 PbO₂로 된 양극을 넣어 방전시켜 사용하면 양쪽 전극 모두에 PbSO₄가 생긴다. 납축전지는 2차 전지이기 때문에 더 이상 방전이 일어나지 않게 되면 전기분해로 충전하여 재사용하나, 이러한 방전/충전 횟수를 거듭할수록 전극과 전해질에 불순물이 축적되어 더 이상 전기분해로 충전할 수 없는 상태에 이르게 된다. 이와 같은 납축전지는 폐 납축전지라 하여 1급 지정폐기물로 취급되며, 폐납 축전지의 재생 및 복원을 위한 이동과 유통시 법적 규제를 받게 되며, 대부분 재활용업체에 의해서 파쇄와 분해 과정을 통해 금속성분의 추출재활용 정도로만 재활용되고 있는 실정이다.

고가인 산업용 납축전지를 폐기하는 방법은 대부분이 단순 폐기로 파쇄 및 분해시에 환경오염 물질을 다수 배출하여 대기와 토양 오염원이 되고 있으나, 실제 폐기되는 폐납 축전지의 80 % 이상은 재생과 복원 공정을 거치면 재사용이 가능한 제품이라는 점에서 폐기처리는 재고될 필요가 있음을 시사한다.

납축전지의 산업용 활용을 살펴보면, 자동차 분야에서 전동지게차, 전동사이드로더, 전동고소작업차, 유틸리티카, 전동대차, 전동골프카트, 트럭 등에 사용되고 있고, 그외, UPS(uninterrupted power supply) 배터리, 재생에너지 전력 저장장치, LED 조명 전력공급장치, 자가 발전 전력공급장치 등 활용분야가 광범위하며, 더욱 활용범위가 확대되는 추세이다.

실제 폐기되는 폐납 축전지의 경우 약 80%이상이 배터리 재생 공정과 충전공정으로 신품 배터리의 약 60~90%까지 성능을 회복할 수 있다. 저가의 중국산 신제품이 국내산 신제품의 60~80% 성능을 발휘하는 수준이고 기간을 보증하고 있지 않은 실정이나, 재생된 국산 납축전지의 경우 1년 이상의 품질보증 기간을 보증함으로써 제품의 가격 경쟁과 품질경쟁의 우위를 점유할 수 있어 납축전지의 재활용은 사업적인 측면에서 상당한 매력이 있다.

수명이 다한 전지를 분해폐기하지 않고 다시 복원하는 종래기술로는, 납축전지의 황산납생성에 대하여 각종 기능 회복제를 전해액에 첨가하는 방법 등이 있으며, 리튬이온전지에 관해서도 교류 고전계(高電界)를 가하는 것에 의해 부극 탄소 등에 트랩(trap) 된 리튬 이온을 다시 해방시켜 충/방전 효율을 회복시키는 방법 등이 있다.

그외, 도 3에 나타낸 배터리재활용시스템(Battery Reuse System:BRS)은 일본기업인 BRS사가 개발한 기술로 열화 된 축전지의 용량을 신제품과 동일하게 회복시키는 장치이다. BRS사가 개발한 재생기술로 자동차, 선박, 건설기계, 자가발전설비 등, 임의의 기계에 사용되고 있는 납축전지를 상기 장치에 의해 재생시킬 수 있다. 축전지는 충/방전을 반복하게 되면 전극에 황산납이 쌓이게 되는 설페이션(sulfation)현상이 발생하고, 이 결과 축전능력이 저하되는 것이므로, 이러한 황산납을 제거하는 것이 상기 고주파의 펄스 전류로 황산납을 납 이온과 황산 이온으로 분해하여 재충전을 실시하는 것이다.

그러나 종래 납축전지 재생방법에 따를 경우, 이미 생성된 불순물들을 제거하지 않은 상태로 황산납을 분해하므로 재생된 납축전지의 성능이 신제품에 비해 떨어지고 수명도 더 짧으며, 경우에 따라서는 재생 불가능 판정을 받기도 한다.

따라서 폐 납축전지의 재생 가능성을 늘리기 위해서는 납축전지 재생 전에 불순물을 제거할 필요가 있다.

그에 따라 본 발명의 목적은 더 이상 충전이 불가능한 폐 납축전지에 대하여 재생 대상을 늘릴 수 있도록 폐 납축전지의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있는 불순물 제거 방법을 포함한 납축전지 재생방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은, 폐 납축전지의 재생을 위하여, 폐 납축전지의 불순물을 제거하는 방법으로서, 나노사이즈 버블을 포함한 나노 버블수와 마이크로사이즈 버블을 포함한 마이크로 버블수로 전극이 들어있는 폐 납축전지의 내부를 세정하는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 세정 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 나노 버블수는 전극, 격리막과 하우징 내벽에 있는 불순물을 제거하고, 마이크로 버블수는 불순물을 상부로 부양시켜 부양된 불순물을 포함하는 세정수를 상층으로 넘치도록 하여 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 세정 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 나노 버블수와 마이크로 버블수를 동시에 유입시켜 세정하거나, 순차로 주입세정하는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 세정 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 있어서, 납축전지의 하우징 바닥에 가라앉은 불순물은 여과로 걸러내는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 세정 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 폐 납축전지의 세정 방법을 실시한 후, 납축전지를 재충전하여 재생하는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 재생 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 나노 버슬수와 마이크로 버블수에 의해 납축전지의 전극, 격리막과 하우징 내벽 등에 존재하는 불순물들을 깨끗이 세정할 수 있어, 대부분의 폐 납축전지의 재충전이 가능하게 되어 재생률을 현저히 높일 수 있다.

납축전지의 양극과 음극 전극은 산화납과 납으로 구성되어 있으며 해면구조를 가지고 있어 전해질과 이온들이 삼투압 현상에 의해서 전극내부로 이동하여 방전 및 충전 현상이 발생되고 있어, 수십 나노에서 수십 마이크론 크기를 갖는 버블은 침투력이 우수하고 버블의 기체-액체간 계면의 이온 농도는 높아진다는 특징을 가지고 있어 전해질의 용존 이온을 효과적으로 전극으로 이동하는 매체 기능을 갖는다.

특히, 나노 버블수의 세정력과 마이크로 버블수의 음전기는 양이온인 금속이온 불순물을 효과적으로 흡착하며, 버블의 부양력으로 불순물을 상층으로 부양시켜 세정수를 흘러넘치게 하는 것에 의해 손쉽게 불순물을 제거한다.

또한, 슬러지 형태로 가라앉는 비중이 큰 불순물은 여과를 통해 제거하여 전극과 하우징 내부를 원상회복시킴으로써 폐 납축전지 대부분을 폐기 처분되지 않고 재생가능하게 한다.

본 발명에 의해, 자원의 절약 및 환경 파괴 방지 모두 이룰 수 있으며, 납축전지 재생사업의 경제성 또한 높여 준다.

도 1은 납축전지의 구조를 나타내는 일부 절단 사시도 이다.
도 2는 납축전지의 화학적 기작을 설명하는 도해도이다.
도 3은 폐 납축전지의 재생방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 폐 납축전지를 버블수로 세정하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1과 같은 구조를 갖는 폐 납축전지의 재생률을 높이기 위하여, 나노 버블수 및 마이크로 버블수를 이용하여 세정하는 것이 본 발명의 주요 특징이다. 나노 버블수는 버블의 직경이 수 nm 내지 수백 nm 정도인 나노 버블을 다수 포함한 물을 말하며, 마이크로 버블수는 버블의 직경이 수 μm 내지 수백 μm 정도인 마이크로 버블을 다수 포함한 물을 말한다. 나노 버블수는 일반 물에 비해 세정력이 매우 강한 특성을 나타내며, 마이크로 버블수는 음전기를 띠어 양이온을 흡착하는 성질이 있다. 또한 마이크로 버블은 비중이 매우 작아 물질을 흡착한 상태에서도 상승하게 되는 부양력을 나타낸다.

이와 같은 버블의 특성을 이용하면 폐 납축전지의 세정 공정을 다음과 같이 효과적으로 실시할 수 있다.

폐 납축전지 하우징에 버블수를 유입시킬 수 있는 유입구와 세정을 마친 버블수를 유출시킬 수 있는 유출구를 뚫어, 유입구에 버블 발생기로부터 연장된 튜브를 연결한다. 먼저, 나노 버블수를 유입시켜 폐 납축전지 내부에 있는 전극판과 하우징 내벽, 파티션 내벽 등을 세정한다. 나노 버블수의 세정력으로 침적되어 있던 대부분의 불순물이 제거될 수 있으며, 이중 비중이 큰 것들은 슬러리 형태로 가라앉게 된다. 그러나 버블에 포획된 일부 불순물은 상층으로 부양하며, 이렇게 부양된 불순물은 유출구로 버블수를 넘쳐흐르게 함으로서 함께 제거될 수 있다. 즉, 버블수에 의해 본래 비중이 큰 물질도 부양하게 되어 가라앉는 불순물의 양은 줄어들고 부양되는 불순물이 크게 늘어난다(도 4 참조).

따라서 나노 버블에 비해 부양력이 큰 마이크로 버블이 포함된 마이크로 버블수를 유입시켜 세정하면, 더욱 많은 불순물을 부양시켜 제거할 수 있다. 상술한 바와 같이 +이온 상태의 금속이온 대부분을 음전기를 띠는 마이크로 버블이 흡착하여 이를 부양시킨다. 따라서 유출구로 마이크로 버블 수를 넘쳐 흐르게 하는 것으로 상당량의 불순을 제거할 수 있다.

한편, 슬러리 형태로 가라앉은 불순물은 폐 납축전지를 전복시킨 상태에서 버블수 세정을 하여 여과로 걸러낼 수 있다.

버블수는 시중에 판매되고 있는 상용화된 버블수제조기를 구입하여 사용할 수 있으며, 하나의 버블 수 제조기에서 나노버블수와 마이크로버블수를 동시제조할 수 있는 제조기를 사용할 수도 있으며, 세정에 사용되는 호스 역시 일반적으로 사용되는 것이면 직경 등에 큰 제한 없이 적용될 수 있다.

본 실시예에서는 직경 1/4인치~2인치 정도의 호스를 사용하였고, 유속 또한 특별히 제한할 필요가 없으며, 보통 일상에서 물품 세척시와 비슷한 수준의 10kg/cm² 정도의 수압으로 조절할 수 있고, 공기흡입라인의 공기유량의 경우, 본 실시예는 0.2~20 L/mim. 수준으로 하였으나 이러한 수치는 제한적이 아니다.

이와 같이 버블수를 이용한 세정으로 불순물이 제거된 폐 납축전지는 대부분 재충전으로 재생될 수 있어 폐기 처분되는 양을 현저히 감소시킨다.

상기에서 세정공정은 나노 버블수와 마이크로 버블수를 동시에 주입시키면서 진행할 수도 있고, 나노 버블수와 마이크로 버블수를 순차로 주입하여 세정할 수도 있다. 세정 공정은 상황에 따라 적절히 반복할 수 있으며, 세정을 마친 후, 기존의 고주파 펄스 등으로 재충전하여 재생될 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도면부호 없음.

Claims (5)

1. 폐 납축전지의 재생을 위하여, 폐 납축전지의 불순물을 제거하는 방법으로서, 폐 납축전지 하우징에 버블수를 유입시킬 수 있는 유입구와 세정을 마친 버블수를 유출시킬 수 있는 유출구를 뚫고, 물과 공기를 이용하여 제조한 나노사이즈 버블을 포함한 나노 버블수와 마이크로사이즈 버블을 포함한 마이크로 버블수로 전극이 들어있는 폐 납축전지의 내부를 세정한 후 고주파 펄스로 재충전하여 납축전지를 재생하는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 재생 방법.
2. 제1항에 있어서, 나노 버블수와 마이크로 버블수를 동시에 유입시켜 세정하거나, 순차로 주입세정하는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 재생 방법.
3. 제2항에 있어서, 나노 버블수는 전극, 격리막 및 하우징 내벽에 있는 불순물을 제거하고, 마이크로 버블수는 불순물을 상부로 부양시켜 부양된 불순물을 포함하는 세정수를 상층으로 넘치도록 하여 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 재생 방법.
4. 제2항에 있어서, 납축전지의 하우징 바닥에 가라앉은 불순물은 여과로 걸러내는 것을 특징으로 하는 폐 납축전지의 재생 방법.
   
5. 삭제

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