レドックスキャパシタ材料とハイブリッド流動層電極を用いたLi回収

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19174
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 杉本 渉 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20313843)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊地 隆司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40325486)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 無機工業化学 / セラミックス / 化学工学

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではレドックスキャパシタ反応を利用したリチウム回収技術の概念立証とこの反応を活かしたハイブリッド流動層ＣＤＩ(Capacitive De-Ionization) を確立することを目的としている。吸着量が大きく，大きな活性面積をもつナノ酸化物と活性炭の分散液をイオン交換膜を介して循環させた『ハイブリッド流動層ＣＤＩ』セルを開発し，装置単位体積あたりのＬｉ回収量を増加させることを目指す。次に示す３つの課題に取り組む。（１）高速Ｌｉ回収が可能な材料開発，（２）流動層ＣＤＩに適した分散液の開発，（３）ハイブリッド流動層ＣＤＩセルの設計と試作。

【電極材料開発】　溶液中に溶解している反応主のＥＤＬＣ特性の解析を進めた。活性炭とレドックス活性な有機活物質が共存する電解液中での電気化学特性を調査したところ，活性炭を加えることで活物質の酸化還元反応が極めて高い可逆性を示すことを明らかにした。回転電極を用いた解析からも，活性炭が共存しない環境においては活物質は不可逆的な変化を示すのに対し，活性炭共存下では可逆的な挙動を示すことから，活物質が細孔内に入り込んだ活性炭粒子が電極表面に吸着した可能性があると考えた。ミクロ細孔に吸着した活物質が細孔内で捕捉され，あたかも表面修飾電極と同じ高速反応挙動を示すと解釈した。
【セル設計】　電解セルを試作した。市販のＨ型セルおよびＭＥＡを用いたＬｉイオン回収試験に着手した。ＭＥＡにおいてＬｉイオン回収に起因する電流値の変化を確認し、スラリーの濃度に依存した電流値が得られた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画通り，共同研究者と分担して半電池試験による電極の反応解析と電解セルでの反応解析を進めている。

Strategy for Future Research Activity

（電極材料開発）
動的条件下でのレドックス活性種が溶解した場合の反応を進めるとともに，粉末系レドックス活性電極材料を検討する。電極材料や電位により選択的イオン吸着が可能かどうかを見極める。
（分散液開発）
レドックス活性種（分子やイオン）がどのような条件のもとで可逆性の高い高速反応を示すか，電極材料の多孔性の観点から検討する。
（セル設計）
主にＭＥＡを用いた評価を継続する。流動層に適したセル開発を進める。