Prospects for battery life cycle in Korea towards circular economy

( Jeongsoo Sohn ),( Hongin Kim ),( Donghyo Yang ),( Sookyung Kim ) 한국폐기물자원순환학회 2022 ISSE 초록집 Vol.2022 No.-

Korean government announced “2050 carbon neutral strategy” in December of 2020 to become carbon neutral by 2050. One of these strategies is scaling up the circular economy to improve industrial sustainability. Also battery manufacturing industry has an important role for achieving Circular Economy in Korea. So battery life cycle including battery material processing, application, reuse and recycling will be checked for understanding how battery industry is contributing to the circular economy and carbon neutral by 2050. Battery material production through reuse and recycling can reduce carbon dioxide emission to lower than 70% compared to manufacturing from natural mineral resources. For more understanding of reuse and recycling, I will look at the current status of reuse and recycling on the electric vehicle battery in Korea. Next the top five recycling companies in the world and their pros and cons of recycling processes will be discussed. Also in order to enhance the economics of EV battery recycling, recent developed technologies will be introduced such as direct recycling, separation of electrolyte, automatic dismantling and cutting, fully electrical discharging, physicochemical discharging, reduction roasting of black powders, graphite flotation, DES leaching and direct precipitation of transition metal hydroxide. Finally three major factors for commercializing EV battery recycling such as securing spent batteries, solving the safety problem for treating black powders and securing solvent extraction process will be discussed.

Recycling of Spent Lithium-ion Batteries used in Electric Vehicles by Physical Treatment and Acid Leaching

( Jeongsoo Sohn ),( Sookyung Kim ),( Donghyo Yang ),( Kangin Rhee ),( Hongin Kim ),( Kiwoong Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 3RINCs초록집 Vol.2015 No.-

The final goal of this research is to develop the commercialized technologies of recycling process on the spent lithium-ion battery used in electric vehicles. The contents and scope of this paper are demonstration on the pilot scale physical treatment process of the spent lithium-ion battery, developing recycling technology with the chemical leaching process on the crushed lithium-ion batteries, and the removal of impurities in leaching solution such as Fe and Al ions. The spent lithium-ion battery pack(227 kg) is made of 12 modules which are composed of 11 cells. This pack was dismantled manually in the dismantling line which is composed of lift, conveyor belt and hood system with the dismantling capacity of 50 packs/day. After dismantling, cells are crushed and separated. The result by crushing and separation showed that over 95% of valuable metals such as Co, Ni, Mn were concentrated into fine powders with 1-3 mm particle size. On the other hand over 95% of aluminum foils are separated from fine powders with 65 mesh screen. Through reductive leaching with H₂O₂ and H₂SO₄, leaching efficiency of valuable metals with -65mesh powder was almost 99 % Co, Mn, Ni and Li under the condition of 2M H₂SO₄, 5 vol. % H₂O₂, 60 ℃, 300 rpm, 50 g/500 ml, and 2 h. After removing some impurities such as Cu, Al, and Fe the leaching solutions containing Co, Mn, Ni, and Li could be utilized for the source material of Li-ion battery. In this paper Taylor reactor was introduced to precipitate Fe and Al into hydroxides.

수소 전기자동차의 사용 후 안전관리 및 재사용·재활용 방안

손정수 ( Jeongsoo Sohn ),송호연 ( Hoyeon Song ),오신원 ( Sinwon Oh ),남준희 ( Juny Nam ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2022 No.1

수소 전기자동자의 사용 후 안전관리 및 재사용·재활용 방안

손정수 ( Jeongsoo Sohn ),송호연 ( Hoyeon Song ),오신원 ( Sinwon Oh ),남준희 ( Juny Nam ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2022 No.-

사이클론 전해조의 업그레이드와 이를 이용한 금 회수 최적화 실증 연구

배무기 ( Mooki Bae ),김수경 ( Sookyung Kim ),손정수 ( Jeongsoo Sohn ),김홍인 ( Hongin Kim ),문윤실 ( Yoonsil Moon ),장영주 ( Yungju Jang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

폐액 내 존재하는 금의 회수법은 크게 수지법, 금속치환법 그리고 전해채취법으로 나눌 수 있다. 수지법은 금 이온을 수지에 흡착하고 나중에 탈착하여 금을 분리정제하는 방법이며, 금속치환법은 아연이나 알루미늄 등 전위가 낮은 금속분말을 금 이온이 존재하는 용액에 넣음으로써 자신들은 용해되고 금은 환원시키는 방법이다. 전해채취법은 양극과 음극으로 된 전극에 일정한 전압과 전류를 제공함으로써 음극에 금을 환원석출시키는 방법이다. 수지법은 값비싼 수지로 인해 공정비용이 많이 들고 흡착과 탈착 반응이 오래 걸리는 문제가 있으며, 금속치환법은 상대적으로 비용이 저렴하나 석출되는 금의 순도가 90% 정도로 그리 높지 않고 환경부하가 큰 단점이 있다. 전해채취법은 기본적으로 금 이온의 농도가 수 천 ~ 수 만 ppm 이상이어야만 음극으로의 금 이온 물질이동에 따른 전해반응이 가능하여 금을 회수할 수 있어 금 이온 농도가 수 백 ppm 이하에서는 적용할 수 없다. 본 연구에서는 일반적 전해반응이 불가능한 수 백 ppm 이하의 금 이온 농도가 존재하는 폐액으로부터 금을 8시간에 99% 전해 회수할 수 있는 사이클론 전해조에 대하여 연구하였다. 특히, 실제 재활용 공정에 적용하여 보다 효율적으로 금을 회수하기 위한 사이클론 전해조의 업그레이드 방안과 폐액 발생 현장에 직접 적용하기 위한 금 회수 규모 확대 실험을 수행하여 최적의 금 회수 실증공정을 도출하고자 하였다. 그 결과 사이클론 전해조에서의 hull cell 시험으로 전류와 극간거리에 따른 금의 환원석출 거동에 대해 플랫폼 데이터를 확보하였으며, 전도보조제와 같은 첨가제의 농도에 따른 금 회수 최적 실증공정을 도출하였다. 사사: 이 논문은 과학기술정보통신부 산학연 협력ㆍ실용화ㆍ기술사업화사업의 2017년 연구성과사업화지원 기술업그레이드 R&D(1차) 사업에 의하여 연구되었으며, 이에 감사드립니다.

c-Fos expressions in the nucleus of the solitary tract following taste stimulation with salts in rats

Un Jeng Kim,Yongho Kwak,Jeongsoo Han,Jin-Hun Sohn,Shigeki Watanuki,Bae Hwan Lee 대한인간공학회 2014 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

The information on the spatial differences in the active regions of the nucleus of the solitary tract (NST) may be essential to understand the effect of salts. In the present study, we aimed to investigate the spatial distribution patterns of cation-specific active regions in the NST. For this purpose, the anterior part of the tongue of urethane-anesthetized Sprague-Dawley rats (n = 25) was stimulated with artificial saliva (Control), 0.5 M and 1.0 M NaCl, 0.5 M KCl, and 0.3 M NH4Cl. The 3D-position of c-Fos-like immunoreactive (cFLI) cells in the NST was determined. The cFLI cells were observed throughout the NST, irrespective of the stimulus; however, the intermediate-medial-central regions of the NST had a higher number of cFLI cells than the other regions after all taste stimulations. The analysis of images revealed that the activated regions in the NST were significantly different depending on the cations. Therefore, these results suggest that there are cation-specific regions in the NST.

c-Fos Expressions in the Nucleus of the Solitary Tract Following Taste Stimulation with Salts in Rats

( Un Jeng Kim ),( Yongho Kwak ),( Jeongsoo Han ),( Jin Hun Sohn ),( Shigeki Watanuki ),( Bae Hwan Lee ) 한국감성과학회 2014 춘계학술대회 Vol.2014 No.-

This study aims to explore and identify semantics of emotions evoked in the cognitive process of human beings when they are stimulated by different physical signals presented on information displays. To do this, we compared emotion maps driven from two independent experimental setups. Kansei engineering approaches using semantic differential method were adopted to draw the emotion maps. In each experimental setup, different set of subjects were asked to evaluate levels of semantic associations between physical stimuli and delivering information. The information to deliver was defined using sets of adjectives that are useful to describe various states of process in or out of control. Distinctive earcons and hapticons with different design parameters were given as the physical stimuli in each experiment. Factor analysis was applied to determine the dimensions, locations of adjectives and stimuli on each emotion map. The results showed that people`s emotions corresponding to given physical stimuli can be abstracted into 2 dimensions when they are expressed using the set of adjectives in the experiments.

PCB 금 도금 공정폐액으로부터 사이클론 고속전해에 의한 금 회수연구

김수경 ( Sookyung Kim ),배무기 ( Mooki Bae ),김홍인 ( Hongin Kim ),손정수 ( Jeongsoo Sohn ),양동효 ( Donghyo Yang ),장영주 ( Youngju Jang ),오영민 ( Youngmin Oh ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

인쇄회로기판(PCBs)의 금 도금 과정에서 생성된 폐액으로부터 금을 회수하는 새로운 방법론으로서 사이클론 형태의 반응조를 이용한 전해회수 연구를 수행하였다. 일반적으로 PCB 금 도금 폐액에는 금이 약 50~300 ppm정도 함유되어 있는데, 이 경우 금 이온 농도가 매우 낮기 때문에 전기분해 반응이 이뤄지지 않아 전해법으로는 금 회수가 불가능하다. 그래서 금 이온을 흡착/탈착 할 수 있는 수지를 이용하거나 아연과 같이 활성이 좋은 금속 분말을 폐액에 뿌려줌으로써 금을 회수하고 있는 실정이다. 그러나 이러한 방법들은 금을 회수하는데 있어 공정이 복잡하고 오랜 시간이 소요되며 회수율이 높지 않다는 문제가 있다. 무엇보다 금을 회수하기 위한 공정비용이 많이 들고 효율이 좋지 않다. 본 연구에서는 금 이온의 물질이동을 촉진시켜 비록 금 이온 농도가 매우 낮지만 금 회수반응을 가능케하고 또한 더욱 증가시키는 전해기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 전류, 유속, 전도보조제 농도, 음극 재질 등의 다양한 실험 변수에 따른 금 회수거동을 조사하였으며, 사용된 사이클론 형태의 전해조는 두 가지 크기의 사이클론(원추 형태와 실린더 부분의 길이가 거의 유사한 콘형과 원추 형태에 비해 실린더 부분의 길이 2배 이상 긴 원뿔형 사이클론)을 사용하여 연구를 수행하였다. 전류 51.3 A/m2, 유속 7.7 m/s, 전도보조제 농도 2.5%, 음극 재료 스테인레스 스틸의 조건에서 금의 회수율은 약 96% 이상이었다. 특히 원추 형태와 실린더 부분의 길이가 거의 유사한 콘형의 사이클론이 실린더 부분이 상대적으로 긴 원뿔형 사이클론 전해조에 비하여 금의 회수거동이 훨씬 안정적이고 높은 회수율을 나타내었는데, 이는 콘형의 사이클론 전해조 내 유체의 특성이 난류의 흐름을 만드는데 있어 보다 효율적이고 용이하기 때문인 것으로 판단된다.

시안을 이용한 PCB 금 박리용액으로부터 사이클론 전해조에서의 금 회수거동에 미치는 차아염소산나트륨과 금 도금첨가제의 영향

조현지,유경근,배무기,손정수,양동효,김수경,Jo, Hyeonji,Yoo, Kyoungkeun,Bae, Mooki,Sohn, Jeongsoo,Yang, Donghyo,Kim, Sookyung 한국자원리싸이클링학회 2017 資源 리싸이클링 Vol.26 No.4

시안을 이용한 PCB 금 박리용액으로부터 사이클론 형태의 전해조를 적용하여 금 회수 연구를 수행하였다. 이때 첨가제로서 전해생성 된 차아염소산나트륨(NaOCl)과 금 도금 첨가제(KG-120)를 사용하였고 이들의 농도와 반응시간에 따른 금의 전해회수 거동을 조사하였다. 전해생성 NaOCl은 침출액 내의 시안과 알칼리 염소화 반응을 촉진함으로써 $NaOCl(g)/CN^-(g)$ 비율 1.0 이상에서 약 99% 이상 시안을 제거할 수 있었다. 금 전해회수 시 전해생성 NaOCl을 첨가할 경우 $NaOCl(g)/CN^-(g)$ 비율이 0.5~2.5일 때 480분 내에 금은 98% 회수되었으며 비율이 3.0이상에서는 오히려 금의 회수율이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었다. KG-120 용액의 경우, 1.5~4.5%(v/v)까지의 농도범위에서 480분 내에 금이 99% 회수되었으며, 특히 KG-120의 농도가 3.5 및 4.5%(v/v) 일 경우 240분 내에 금이 96% 이상 회수되어 반응 초기 회수속도가 상대적으로 더 빨랐다. 이로부터 경제성과 효율성을 감안한 최적의 KG-120의 농도는 3.5%(v/v)로 판단된다. The recovery of gold in cyclone type electrolytic cell was conducted from solution for stripping gold of PCB by cyanide. The electrolytic recovery behaviors of gold was investigated by reaction time and addition of electrolytic sodium hypochlorite (NaOCl) and gold plating additive (KG-120). Because the electrolysis generated NaOCl reacted with the cyanide in the leachate by alkaline chlorination, more than 99% of the cyanide was removed at a $NaOCl(g)/CN^-(g)$ ratio of 1.0. When NaOCl was added during the recovery of the gold from cyanide leachate in the cyclone electrolytic cell, the recovery of gold was 98% at the ratio of $NaOCl(g)/CN^-(g)$ from 0.5 to 2.5 in 480 minutes and decreased rapidly over the ratio of 3.0. Gold was recovered more than 99% by adding 1.5 and 4.5%(v/v) of KG-120 with NaOCl in 480 minutes. In particular, when the concentration of KG-120 was 3.5 and 4.5%(v/v), more than 96% of gold was recovered within 240 minutes and the initial recovery rate was relatively faster. The optimum concentration of KG-120 is 3.5%(v/v) considering the economic feasibility and efficiency.

콩고산 코발트 정광으로부터 제조한 매트의 고온고압침출

김건하,강가희,김수경,손정수,권경중,Kim, Gunha,Kang, Ga-hee,Kim, Sookyung,Sohn, Jeongsoo,Kwon, Kyungjung 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.4

이차전지 재료 등으로 사용되는 코발트는 콩고 민주공화국 등 일부 국가에 편중되어 있다. 국내 코발트의 안정적인 공급을 위한 해외 코발트광과 코발트 제련 기술의 확보는 필수적이다. 이에 본 실험에서는 콩고산 코발트 정광(Co ~ 8 wt%, Cu ~ 19 wt%, Fe ~ 3 wt%)을 용융환원시켜 얻어지는 합금상에 매트 내 황의 비율을 달리해 만든 2가지 조성의 매트를 제조했으며, 주된 원소는 19 ~ 21wt% Co, 39 ~ 41wt% Cu, 7 ~ 9wt% Fe이다. 매트 분쇄산물을 autoclave를 이용한 고온고압침출법으로 3가지의 영향(산화제 유무, 침출제인 황산 농도, 매트 제조 시 투입되는 황 함량)을 고려해 실험을 진행했다. 먼저 산화제(산소)의 존재는 Co 침출률 향상을 위해 필수적이며 낮은 농도의 황산을 사용하더라도 Co를 전량 침출시킬 수 있다. 둘째 산소 분위기에서 높은 황산농도는 Cu와 Fe의 침출률을 증가시켜 선택적인 Co 침출을 방해한다. 마지막으로 매트 내 황 함량은 Co의 침출률에는 영향이 크지 않음을 알 수 있었다. Cobalt is abundant only in some countries including Democratic Republic of the Congo. It would be necessary to secure overseas Co ores and Co extraction technology. Two kinds of matte varying the sulfur content were manufactured by smelting reduction of Co concentrate containing ~8 wt% Co, ~19 wt% Cu, and ~3 wt% Fe. The amount of Co, Cu and Fe was concentrated to 19~21 wt%, 39~41 wt%, and 7~9 wt% respectively in the resulting matte. High-pressure leaching of matte was performed in an autoclave with considering the effect of oxidizing agent, $H_2SO_4$ concentration as a lixiviant, and the amount of sulfur added to the matte. An oxidizing agent (oxygen) is necessary to improve Co leaching efficiency enabling usage of a dilute $H_2SO_4$ leaching agent. An increase in $H_2SO_4$ concentration prevents selective leaching of Co, and the sulfur content in matte has a minor influence on the Co leaching efficiency.