WO2011049262A1

WO2011049262A1 - 폐배터리 재생방법

Info

Publication number: WO2011049262A1
Application number: PCT/KR2009/006603
Authority: WO
Inventors: 박남욱; 유방열
Original assignee: 주식회사 배터리닥터
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-04-28

Abstract

본 발명은 폐배터리 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정기간 사용하여 현저하게 기능이 저하된 폐배터리에 대하여 폐배터리 재생가능여부 진단단계, 폐배터리 잔여성능 측정단계, 폐배터리 재생액 주입단계, 폐배터리 충전단계로 이루어지는 일련의 절차를 통하여 폐배터리의 기능을 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원할 수 있는 폐배터리 재생방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에 의하면, 폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 그리고 내부저항의 4 가지 측정값을 기준으로 폐배터리의 상태를 파악하여 재생가능여부를 정확하고 간단하게 판단할 수 있고, 본 발명에 따른 재생액을 폐배터리에 주입하고 폐배터리를 충전하는 간단하고 편리한 공정에 의하여 폐배터리의 기능을 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원할 수 있으며 지정폐기물로 폐기 처리하여야 하는 폐배터리를 재생, 복원하여 재사용할 수 있으므로 환경오염을 최소화할 수 있고 배터리 구매에 따른 비용을 절감할 수 있는 등의 효과를 제공하는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

폐배터리 재생방법

본 발명은 폐배터리 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정기간 사용하여 현저하게 기능이 저하된 폐배터리에 대하여 폐배터리 재생가능여부 진단단계, 폐배터리 잔여성능 측정단계, 폐배터리 재생액 주입단계, 폐배터리 충전단계로 이루어지는 일련의 절차를 통하여 폐배터리의 기능을 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원할 수 있는 폐배터리 재생방법에 관한 것이다.

일반적으로 배터리란 화학적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어주는 방전과 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어주는 충전의 사이클을 통해 배터리의 기능을 수행하는 것으로서, 이온화 경향이 다른 두 개의 금속판(양극(+)판, 음극(-)판)과 액체(전해액)로 회로를 만들어 두 금속과 전해액의 화학반응에 의하여 전기에너지를 발생시키는 것이다.

통상의 자동차 시동용 배터리는 케이스 내측에 격리판 및 글라스매트에 의해 보호되며, 외부로 노출된 전극과 연결된 이산화납으로 만든 양극(+)판 및 음극(-)판을 설치하고, 케이스 내측의 빈 공간에 묽은 황산의 전해액을 채운 구성이다.

즉, 묽은 황산을 전해액으로 하여 이산화납(PbO₂)과 납(Pb)을 담그면 이온화 경향이 큰 금속인 이산화납이 양극(+)판이 되고 이온화 경향이 적은 납이 음극(-)판이 되어 화학반응에 의하여 2V의 기전력이 발생되는데 이산화납으로 만든 양극판과 전해액에 포함되어 있는 황산(H₂SO₄)이 황산화납(PbSO₄)과 물로 변화하는 화학작용을 할 때 전기를 방출(방전)되고 반대로 치환될 때 전기가 저장(충전)되는 작용을 반복하게 된다.

방전(Discharge)

------------->

PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb PbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄

<-------------

충전(Charge)

양극(+) 음극(-) 양극(+) 음극(-)

이와 같은 통상의 자동차 시동용 배터리는 오랜 기간 동안 충전과 방전 사이클을 거치는 동안 두 극판의 표면에 황산염의 고착화의 진행으로 과다방전이 일어나고 이로 인해 배터리가 제기능을 발휘하지 못하게 되거나 극판의 탈락 및 경화에 의해 단락 현상이 발생하거나 극판의 부식과 활물질의 탈락으로 쇼트 현상이 발생되며 수소가스 발생과 높은 열의 발생으로 인한 증류수의 증발로 전해액이 부족화되어 산소에 노출된 극판에 산화가 일어나고 전해액 속의 불순물(금속, 가스 등)에 의한 국부 전자 구성 등의 다양한 원인에 의하여 배터리의 충전 및 방전 기능이 원활하게 이루어지지 않아 수명을 다하여 교체하여야 한다.

그러나, 상기와 같이 수명을 다하여 교체하여야 하는 폐배터리의 경우 현재까지는 재생, 복원할 수 있는 기술이 없어 전량 수거하여야 하고 자동차 시동용 배터리의 경우 폐기물관리법시행규칙에 의거하여 폐산(H₂SO₄) 지정폐기물로 지정되기 때문에 폐기가 용이하지 않고 막대한 처리비용이 소요될 뿐만 아니라 그로 인한 환경오염도 심화되고 폐기물량이 급속하게 증가하면 매립장 부족현상이 심화되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 산업폐기물로 전량 폐기되는 노후되거나 사용 완료된 폐배터리를 재생, 복원하여 사용할 수 있는 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법은 일정기간 사용하여 현저하게 기능이 저하된 폐배터리에 대하여 폐배터리 재생가능여부 진단단계, 폐배터리 잔여성능 측정단계, 폐배터리 재생액 주입단계, 폐배터리 충전단계로 이루어지는 일련의 절차를 통하여 폐배터리의 기능을 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원할 수 있는 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 배페터리 재생방법은 폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 저항을 측정하여 재생가능여부를 결정하는 폐배터리 재생가능여부 진단단계와; 상기 폐배터리를 충전기로 충전한 다음 Rating 값, 내부저항, 비중, 전해액 감소량을 측정하는 폐배터리 잔여성능 측정단계와; 상기 폐배터리의 각 셀에 재생액을 주입하는 폐배터리 재생액 주입단계와; 상기 재생액이 주입된 폐배터리를 충전기로 충전하는 폐배터리 충전단계가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배페터리 재생방법은 상기 폐배터리 잔여성능 측정단계에서 측정한 Rating 값이 40% 미만인 경우 폐배터리 전류값의 10분의 1 의 전류값으로 종지전압까지 방전기로 방전하고 다시 충전기로 충전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배페터리 재생방법은 상기 폐배터리 충전단계를 거친 폐배터리의 Rating 값이 95% 미만인 경우 폐배터리 전류값의 10분의 1 의 전류값으로 종지전압까지 방전기로 방전하고 충전기로 다시 충전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 배페터리 재생방법은 상기 재생액은 O 3~8 중량%, Cd 5~10 중량%, S 20~48 중량%, Cu 3~8 중량%, Co 8~12 중량%, N 25~30 중량%, C 8~12 중량%의 원소들로 구성되는 재생 조성물 1~3 중량부와 증류수 97~99 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에 의하면, 폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 그리고 내부저항의 4 가지 측정값을 기준으로 폐배터리의 상태를 파악하여 재생가능여부를 정확하고 간단하게 판단할 수 있고, 본 발명에 따른 재생액을 폐배터리에 주입하고 폐배터리를 충전하는 간단하고 편리한 공정에 의하여 폐배터리의 기능을 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원할 수 있으며 지정폐기물로 폐기 처리하여야 하는 폐배터리를 재생, 복원하여 재사용할 수 있으므로 환경오염을 최소화할 수 있고 배터리 구매에 따른 비용을 절감할 수 있는 등의 효과를 제공하는 매우 유용한 발명인 것이다.

도1은 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법의 공정도.

폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 저항을 측정하여 재생가능여부를 결정하는 폐배터리 재생가능여부 진단단계와;

상기 폐배터리를 충전기로 충전한 다음 Rating 값, 내부저항, 비중, 전해액 감소량을 측정하는 폐배터리 잔여성능 측정단계와;

상기 폐배터리의 각 셀에 재생액을 주입하는 폐배터리 재생액 주입단계와;

상기 재생액이 주입된 폐배터리를 충전기로 충전하는 폐배터리 충전단계를 순차적으로 진행하여 폐배터리를 재생한다.

도1은 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법의 공정도이다. 이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 폐배터리 재생방법은 폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 저항을 측정하여 재생가능여부를 결정하는 폐배터리 재생가능여부 진단단계와; 상기 폐배터리를 충전기로 충전한 다음 Rating 값, 내부저항, 비중, 전해액 감소량을 측정하는 폐배터리 잔여성능 측정단계와; 상기 폐배터리의 각 셀에 재생액을 주입하는 폐배터리 재생액 주입단계와; 상기 재생액이 주입된 폐배터리를 충전기로 충전하는 폐배터리 충전단계가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 상기 각 단계를 보다 구체적으로 설명한다.

1. 폐배터리 재생가능여부 진단단계

상기 폐배터리 재생가능여부 진단단계는 노후되거나 사용 완료된 폐배터리를 수거하여 재생, 복원이 가능한지 여부를 판단하는 단계로서 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에서는 < 표 1 >에서 보는 바와 같이 폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 그리고 내부저항의 4 가지 측정값을 기준으로 폐배터리의 상태를 파악하여 재생가능여부를 판단하는 것이다.

표 1

항목	기준치
전압(V)	1.75 × (셀의 수)
Rating 값(%)	40 이상
가상부하계수	9.6 이상
내부저항(mΩ)	6.0 이하

상기 전압은 셀의 수에 따라 기준치가 달라지는데 12V, 24V, 48V 배터리의 경우 하나의 셀당 2V의 기전력을 나타내므로 셀의 수는 각각 6, 12, 24개가 되어 그 기준치는 각각 10.5V, 21.0V, 42.0V가 된다.

또한, 상기 Rating 값은 통상의 배터리의 성능이나 용량을 나타내는 값을 반영한 파라미터 값으로서, 공지의 자동 배터리측정기를 이용하여 배터리의 성능이나 용량에 대하여 충전 후 얼마나 많은 양이 충전되었는지를 측정한 값이다. 즉, 상기 Rating 값이 0%에 가까우면 충전률이 낮음을, 100%에 가까우면 충전률이 높음을 나타낸다. 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에 의하여 재생가능한 폐배터리는 상기 Rating 값이 40% 이상이어야 한다는 의미이다.

또한, 상기 가상부하계수는 배터리가 시동을 걸 수 있는지를 나타내는 값으로서 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에 의하여 재생가능한 폐배터리는 그 값이 9.6 이상의 값을 나타내어야 하고 내부저항은 6 mΩ 이하이어야 한다.

따라서, 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법은 상기 폐배터리 재생가능여부 진단단계에서 상기 4 가지 측정값 모두가 기준치를 만족하는 폐배터리에 대하여 적용할 수 있고 그렇지 않은 폐배터리의 경우 폐기 처분하게 되는 것이다.

2. 폐배터리 잔여성능 측정단계

상기 폐배터리 잔여성능 측정단계는 상기 폐배터리 재생가능여부 진단단계에서 재생가능한 것으로 판단된 폐배터리에 대하여 잔여성능을 측정하는 단계로서 폐기된 상태에서는 상기 Rating 값이나 내부저항 값이 허수로 측정될 수 있기 때문에 폐배터리의 정확한 잔여성능을 측정하기 위하여 충전기로 강제로 충전하여 다시 한번 Rating 값 외에 내부저항, 비중을 측정하고 전해액 감소량을 체크한다.

저전류와 정전압으로 20시간 충전을 표준으로 1차 충전작업을 한 다음 Rating 값을 측정하여 이 값이 다시 40% 이만인 경우 폐배터리의 전류값의 10분의 1에 해당하는 전류로 종지전압까지 방전작업을 한 후 다시 상기와 동일한 조건으로 2차 충전작업을 한다. 이와 같은 강제적인 방전작업 및 충전작업에 의하여 폐배터리는 그 성능이나 용량의 면에서 상승할 수 있으므로 이를 수행하여 폐배터리의 정확한 잔여성능을 다시 확인하는 것이다.

즉, 1차 충전작업 후 Rating 값이 40% 이상인 경우에는 1차 충전작업으로 끝나게 되는 것이고 40% 미만인 경우에는 방전작업 후 2차 충전작업을 수행하게 되는 것이다. 2차 충전작업 후에도 Rating 값이 40% 미만인 경우에는 폐기 처분하게 되는 것이다.

상기 Rating 값이 40% 이상인 배폐터리에 대하여 내부저항, 비중을 측정하고 전해액 감소량을 체크한다. 이 때, 내부저항이 6 mΩ 이하이고 비중이 1.080 이상을 유지하는 폐배터리에 대해서만 재생작업을 수행하고 그렇지 않은 폐배터리의 경우 폐기 처분한다.

또한, 내부저항이 6 mΩ 이하이고 비중이 1.080 이상을 유지하는 폐배터리에 대해서는 전해액 감소량을 체크하여 전해액 양이 셀의 높이보다 2 mm 이상이 유지되도록 증류수를 보충한 다음 재생액 주입단계 이하의 재생작업을 계속 수행하게 된다.

3. 폐배터리 재생액 주입단계

상기 폐배터리 재생액 주입단계는 폐배터리 잔여성능 측정단계에서 Rating 값 40% 이상, 내부저항이 6 mΩ 이하, 그리고 비중이 1.080 이상인 폐배터리에 대하여 본격적으로 재생작업을 수행하는 단계로서, 상기 재생액을 폐배터리에 주입하는 단계이다.

본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에 의한 상기 재생액은 O 3~8 중량%, Cd 5~10 중량%, S 20~48 중량%, Cu 3~8 중량%, Co 8~12 중량%, N 25~30 중량%, C 8~12 중량%의 원소들로 구성되는 재생 조성물 1~3 중량부와 증류수 97~99 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 상기 재생액은 폐배터리에 존재하는 황산염을 제거하고 극판의 부식을 방지하는 역할을 하여 폐배터리를 재생, 복원하게 되는 것이다.

상기 재생액의 주입량은 폐배터리 무게에 따라 달리 주입하게 되는데 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에서는 상기 폐배터리 무게의 5~6배에 해당하는 중량을 각 셀 수에 맞게 나누어 균등하게 주입하는 것이 가장 바람직하다.

상기 재생액은 각 셀 별로 5.5 mm 드릴 작업을 하여 드릴공을 통하여 투입하게 되고 7 mm 탭 작업을 한 후 7 mm 프라스틱 나사를 이용하여 밀봉함으로써 재생액 주입 작업을 마무리하게 된다.

4. 폐배터리 충전단계

상기 폐배터리 충전단계는 상기 재생액을 주입한 폐배터리를 충전함으로써 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어주는 충전 과정을 통하여 상기 재생액을 활성화시켜 재생 효과를 극대화시키기 위한 단계이다. 즉, 충전기를 이용한 강제 충전을 통하여 각 셀에 주입된 상기 재생액은 전해액과 혼합되면서 황산염을 분해하여 제거하고 극판을 코팅 처리하여 부식을 방지하게 되는 것이다.

통상의 폐배터리는 이와 같은 1회 충전에 의해서 충분히 재생, 복원이 가능한 것이나 폐배터리의 상태 등에 따라 재생액의 활성화가 부족하여 Rating 값이 다소 떨어져 95% 미만으로 나타날 수 있는데 이 때에는 폐배터리 전류값의 10분의 1 의 전류값으로 종지전압까지 방전기로 방전하고 충전기로 다시 충전함으로써 재생액을 보다 활성화시켜 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원할 수 있게 된다.

< 실시예 >

본 발명에 따른 폐배터리 재생방법에 의하여 실제 12V의 폐배터리를 재생하는 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 12V의 폐배터리에 대하여 상기 폐배터리 재생가능여부 진단단계에서와 같이 폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 그리고 내부저항의 4 가지 값을 측정하여 1차적으로 폐배터리의 재생가능여부를 판단하였다. 전압의 기준치는 1.75 × (셀의 수)이고 12V의 배터리의 경우 셀의 수가 6개이므로 1.75 × 6 = 10.5V가 된다. < 표 2 >에서 알 수 있는 바와 같이 상기 12V의 폐배터리는 1차적으로 재생가능한 것으로 판단되었다.

표 2

항목	기준치	측정치
전압(V)	10.5 이상	11.0
Rating 값(%)	40 이상	45
가상부하계수	9.6 이상	9.7
내부저항(mΩ)	6.0 이하	5.9

다음으로 상기 폐배터리의 잔여성능을 측정하였는 바, 상기 폐배터리의 정확한 잔여성능을 측정하기 위하여 충전기로 강제로 충전하여 다시 한번 Rating 값 외에 내부저항, 비중을 측정하고 전해액 감소량을 체크하였다. < 표 3 >에서 알 수 있는 바와 같이 상기 12V의 폐배터리는 그 잔여성능이 충분히 재생가능한 수치로 나타났는 바 방전 후 2차 충전작업 없이 바로 재생액 주입단계 이하의 재생작업을 계속 수행하였다.

표 3

항목	기준치	측정치
Rating 값(%)	40 이상	47
내부저항(mΩ)	6 이하	5.7
비중	1.080 이상	1.110

다음으로 상기 폐배터리 무게의 5배에 해당하는 중량의 재생액을 6개의 셀에 드릴공을 형성하여 균등하고 나누어 주입하고 밀봉한 다음 강제로 충전하는 작업을 수행하였다.

상기 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법의 일련의 절차를 거쳐 재생한 다음 재생여부를 확인하였는 바, < 표 4 >에서 알 수 있는 바와 같이 폐배터리는 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원되었음을 확인할 수 있었다.

표 4

항목	측정치
전압(V)	12.5
Rating 값(%)	97
가상부하계수	9.9
내부저항(mΩ)	5.5

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 폐배터리 재생방법을 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

본 발명에 따른 재생액을 폐배터리에 주입하고 폐배터리를 충전하는 간단하고 편리한 공정에 의하여 폐배터리의 기능을 신품 대비 95% 이상의 기능으로 재생, 복원할 수 있어 폐배터리재생분야에 있어서 유용한 기술이다.

Claims

폐배터리의 전압, Rating 값, 가상부하계수, 저항을 측정하여 재생가능여부를 결정하는 폐배터리 재생가능여부 진단단계와;

상기 폐배터리를 충전기로 충전한 다음 Rating 값, 내부저항, 비중, 전해액 감소량을 측정하는 폐배터리 잔여성능 측정단계와;

상기 폐배터리의 각 셀에 재생액을 주입하는 폐배터리 재생액 주입단계와;

상기 재생액이 주입된 폐배터리를 충전기로 충전하는 폐배터리 충전단계가 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐배터리 재생방법.
제1항에 있어서,

상기 폐배터리 잔여성능 측정단계에서 측정한 Rating 값이 40% 미만인 경우 폐배터리 전류값의 10분의 1 의 전류값으로 종지전압까지 방전기로 방전하고 다시 충전기로 충전하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 재생방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 폐배터리 충전단계를 거친 폐배터리의 Rating 값이 95% 미만인 경우 폐배터리 전류값의 10분의 1 의 전류값으로 종지전압까지 방전기로 방전하고 충전기로 다시 충전하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 재생방법.
제3항에 있어서,

상기 재생액은 O 3~8 중량%, Cd 5~10 중량%, S 20~48 중량%, Cu 3~8 중량%, Co 8~12 중량%, N 25~30 중량%, C 8~12 중량%의 원소들로 구성되는 재생 조성물 1~3 중량부와 증류수 97~99 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐배터리 재생방법.