배터리 양극재 소재들의 인체 유해성

주요 양극재 소재인 니켈, 코발트, 망간의 인체 유해성은 어떨까?

 

양극재는 리튬이온배터리에 있어서 에너지 밀도를 좌우하는 중요한 요소입니다. 국내와 일본의 배터리 제조사들은 보다 작은 부피에서 더 많은 전기를 확보할 수 있고, 충전시간 또한 빠른 3원계와 4원계 양극재를 사용하고 있습니다. 

 

* 양극재 관련 블로그 참조하세요. 

"LG엔솔도 리튬인산철 배터리 생산한다."

https://sbuniverse.tistory.com/16

오늘은 리튬이온배터리 양극재의 주요 성분인 니켈, 코발트, 망간에 대한 특성과 인체 유해성에 대해서 알아보겠습니다. 

 

니켈 (Ni, 원자번호 28) 

니켈은 수도꼭지나 주전자등과 같이 주위에서 쉽게 볼 수 있는 물질입니다. 그러나 니켈은 중금속 중 하나로 호흡 중에 일정량 이상 체내에 들어오게 될 경우 독성작용을 일으킬 수 있습니다. 

 

니켈은 또한 우리가 쉽게 접하는 음식 속에도 포함되어 있는데요. 가장 함유량이 높은 식품이 바로 녹차 티백입니다. 

녹차(235.57㎎/㎏), 홍차(62.79㎎/㎏), 초콜릿(27.87㎎/㎏), 감자 칩(12.7㎎/㎏), 원두커피(10.33㎎/㎏), 땅콩(8.53㎎/㎏), 김치(6.38㎎/㎏), 비스킷(5.81㎎/㎏), 피자(5.74㎎/㎏), 깍두기(4.95㎎/㎏)

 

니켈이 인체에 주는 영향은 피부염과 관련이 깊습니다. 니켈은 알레르기성 피부염을 일으키는 원인 중의 하나로 발진, 부종, 가려움 증상이 나타나는 것이 대표적입니다. 

 

니켈은 반응성이 강한 물질이라서 공기중에서 가연성이 있으며, 니켈카르보닐이라는 독성가스가 발생할 수 있습니다. 

 

 

코발트 (Co, 원자번호 27)

코발트하면 가장 먼저 생각나는 것이 바로 컬러, '코발트블루'입니다. 최근에는 스마트폰이나 차량의 색상에서도 심심치 않게 보이는 색입니다. 그만 큼 미술계에서 사랑받는 물질 중에 하나라고 할 수 있습니다. 

 

독일의 작센지방에서는 은과 비슷한 코발트를 캐서 제련했는데 그 과정 중에 비소(As)가 함유된 유독가스만 나오자 쓸모없는 해로운 돌덩이를  '악령', '도깨비' 들이 가져다 놓아다 해서 독일어'Kobold'에서 유래해 코발트라는 이름이 생겼다고 합니다. 

 

코발트는 산화저항성을 가지는 표면가공이나 합금을 형성하는데 주로 사용되는데 영구자석이나 내구성이 좋은 금속을 만들 때에도 사용됩니다. 특히나 최근에는 리튬이온 전지의 양극재로 많은 사랑을 받고 있죠.

 

코발트는 또한 모든 동물의 신진대사에 필수적인 성분으로 비타민12, '코발라민(cobalamin)으로도 알려져 있습니다. 인간을 포함한 모든 동물, 식물은 비타민 12를 생산하지 못합니다. 따라서 B12는 외부 공급원에 의지할 수밖에 없습니다. 

 

그러나 생명에 필수적이지만 지나칠 경우 문제가 될 수 있습니다. 코발트 결핍의 경우 악성 빈혈의 원인이 되지만 과잉섭취할 경우 발암 가능성을 높이게 됩니다. 더욱 심각한 것은 치사량보다 훨씬 적은 용량이더라도 만성적인 섭취는 신체의 이상을 가져올 수 있습니다. 

 

망간 (Mn, 원자번호 25)

망간 역시 미량원소로 인간의 건강유지에 필요한 성분이지만 고농도의 망간에 노출될 시 건강에 치명적일 수 있습니다. 

최근 휘발유에 첨가되는 납(Pb)이 망간으로 대체됨에 따라 각국에서는 망간과 암 발생과의 연관성에 대해서 관심을 가지고 모니터링 중에 있습니다. 

 

미국의 웨이크포리스트대학 발표에 따르면 공기 중의 망간 농도와 사망률과의 관계를 조사하였는데 망간 농도의 로그치가 한 단위 증가 시마다 모든 암으로 인한 사망률이 12.1/100,000 증가하는 것으로 나타났습니다. 

 

특히 망간을 과다 섭취하거나 장기간 노출 시에는 신경손상을 가져오는것으로 알려져 있습니다. 망간은 신경전달 물지의 대사와 전달에 관여하고 있기 때문입니다. 미국 보스턴대 연구결과에 따르면 장기간 망간에 노출되는 경우 파킨슨병이 조기 발병할 가능성이 높아지는 것으로 나타났습니다. 

 

따라서 정부에서는 망간의 일일 섭취량을 11mg으로 제한하고 있으며, 권장 섭취량은 남성 4.0mg, 여성이 3.5mg 입니다. 

 

 

 

양극재에 속하는 물질들은 모두 인체에 유해한 재료들입니다. 공정상에서 해당 업무를 담당하는 분들은 MSDS를 꼼꼼히 읽어 보시고 관련수치과 보호장비를 항상 착용하여 해당 물질에 대한 위험성에서 자신을 보호하도록 해야하겠습니다.