| 研究課題/領域番号 |
21K04737
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
長谷川 将克 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (40335203)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | リン酸 / 電池材料 / 再資源化 / 鉄鋼プロセス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リンは鋼の不純物として除去される一方、肥料や電池材料として再資源化が期待される。リン酸の安定性制御を目的に、以下の課題に取り組む。
(1)電池材料リサイクルに向けたリン酸の分離：使用済み正極材料からのリチウム回収に向け、乾式処理-水浸出プロセスを考案する。
(2)LiFePO4リサイクルに係る熱力学データベースの構築：プロセス最適化に向け、リサイクル反応の熱力学データを測定する。
(3)精錬スラグ中のリン酸の安定化：鉄鋼精錬の省資源・省エネルギー化に向け、リン酸安定化の熱力学条件を明確にする。
(4)リン酸を含有する酸化物相の溶体モデルの構築：成果の反応解析への適用に向け、新たな溶体モデルを構築する。
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| 研究成果の概要 |
リンは鉄鋼の不純物として除去される一方、肥料や電池材料として再資源化が期待される。リン酸の分離と安定化の制御を目的に「電池材料リサイクルに向けたリン酸の分離」「LiFePO4リサイクルに係る熱力学データベースの構築」「精錬スラグ中のリン酸の安定化」「リン酸を含有する酸化物相の溶体モデルの構築」に取り組んだ。LiFePO4からFeを還元分離し86%のLiを回収できた。リサイクル反応生成物の水への溶解度やP2O5活量を測定した。Ca2SiO4-Ca3P2O8固溶体については、Ca2+のFe2+置換によりP2O5活量は低下したが、モデル計算によりそれがCa3P2O8活量低下に起因することを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
鉄鋼精錬スラグは塩基性酸化物-酸性酸化物-FeO系であるが、リチウムイオン電池正極材料LiFePO4も塩基性酸化物Li2O-酸性酸化物P2O5-FeO系と言える。LiFePO4リサイクルから鉄鋼精錬までの幅広い温度域におけるリン酸塩の活量測定法を確立でき、リン酸塩に関する測定値や文献値の精度を考察した。本研究課題ではLiFePO4からのLi回収反応と溶鉄からの脱リン反応に関わるデータの測定・解析を行った。今後、自動車や再生可能エネルギー向けの蓄電池の需要が増加し、水素還元鉄では不純物除去での負荷が増大すると予想される。カーボンニュートラル社会実現に向け、本研究成果を活用しさらに発展させたい。
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