2022 Fiscal Year Research-status Report
Lithium recovery by electrodialysis and solvent extraction technologies
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22K04748
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
陳 進華 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員 (30370430)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 電気透析 / 有機溶媒抽出剤 / 放射線グラフト重合 / 高分子電解質膜 / リチウム捕集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気自動車の急速な普及により、電池の重要な原材料であるリチウムの供給が逼迫し、その価格は高騰している。一方、リチウム資源は南米や豪州の鉱産、塩湖に集中して存在しており、その生産は主に湿法冶金により行われている。本研究は、電気透析技術と溶媒抽出技術を融合利用したリチウム捕集システムの設計とその高分子隔膜の創製である。リチウム捕集システムは、低リチウムイオン水溶液を供給するアノード室、リチウムイオンを抽出する有機溶媒中間室とリチウムイオンを逆抽出するカソード室から構成する。各室の間に高分子機能膜を隔膜として設ける。リチウムイオンは、電気駆動によりアノード室から中間室へ移動して有機溶媒により抽出され、さらにカソード室へ移動して塩酸水溶液により逆抽出することで濃縮する。
初年度は、電気透析と溶媒抽出を利用したリチウム捕集システムを設計・試作した。また、放射線グラフト重合と化学変換反応により、必須要素である高分子電解質隔膜を合成した。
また、模擬塩湖かん水を用いてリチウム捕集システムによるリチウムイオンの回収実験を行った。結果として、本システムは、リチウムイオンを選択的濃縮する能力を実証した。さらに、放射線グラフト重合と化学変換反応により、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）フィルムから強靭な高分子電解質膜と、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）フィルムから高導電性高分子電解質膜の合成に成功した。今後は、これらの電解質膜をさらに改良し、開発したリチウム捕集システムに適した高性能電解質膜の創出を目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の目標は、提案されたリチウム捕集システムの有効性を確認することである。したがって、さまざまな電気透析セルを設計・試作した。試運転中には、電気透析セルの各室の寸法がイオンの移動速度に大きく影響したことが分かった。
また、中間溶媒室の溶媒の両側隔膜への拡散浸透は、膜寿命に大きな影響を与えることが分かった。そのため、電気透析セルの改良と高い化学安定性を持つ高分子電解質膜の作製が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策としては、リチウム捕集システムの重要な組成部分である電気透析セルの設計・試作を行う。特に、流路の深さ、液体の流速、負荷電圧、電流などのパラメータを最適化する。
また、作製した電気透析セルにリチウムイオン水溶液を循環させ、そのリチウムイオン透過挙動を解明し、電気腐食が少なく回収効率が高い運転条件を決定する。
さらに、リチウムイオンを選択的に捕集するために、放射線技術を用いて高性能高分子隔膜を作製し、イオン液体などの有機溶媒から有効なリチウムイオン抽出剤の選別をおこなう。
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| Causes of Carryover |
初年度は学会にオンラインで参加したため、旅費などの費用を使用しなかった。
また、試薬などは必要最小量を購入したため、経費の節約ができた。
次年度は、電気透析セルの設計・試作に必要なプラスチックシート、ゴムシートなどを購入する。また、リチウムイオンの抽出に使用できる有機溶媒・イオン液体・化学薬剤などを購入する。高分子電解質隔膜の合成においては、必要な試薬（モノマー、基材および溶媒）及びガラス器具を購入する。研究結果を基に、学会などで研究発表や研究の動向調査を行う。
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