【プログラム】

　モビリティの電動化や電子機器の普及に伴い、リチウムイオン電池（LIB）の需要は世界的に急増しており、環境負荷の低い「直接リチウム抽出法（DLE）」や廃電池からの効率的なリサイクル技術の確立が急務となっています。 本講座では、リチウムイオン選択透過性に優れた固体電解質（LLTO）を用いる「電気化学ポンピング法」の基礎から、従来の「一電源二電極セル」における課題をわかりやすく解説します。さらに、回収速度を飛躍的に向上させるために講演者らが新たに考案した「二電源三電極システム」の動作原理と、その優れた実用可能性についてご紹介します。

　モビリティの電動化や電子機器の普及に伴い、リチウム需要が世界的に急増する中、環境負荷の低い「直接リチウム抽出法（DLE）」や、廃リチウムイオン電池からの高効率な回収技術の確立が急務となっています。本講座では、リチウムイオン選択透過性に優れた固体電解質（La2/3-xLi3xTiO3：LLTO）を用いた「電気化学ポンピング法」について、その基礎から応用までを体系的に解説します。特に、従来の一電源二電極セルにおける課題を明らかにし、それを克服するために著者らが新たに考案した「二電源三電極システム」の等価回路や動作原理について詳述します。

１．リチウム資源を取り巻く環境と電気化学的リチウム採取・回収の基礎
　1-1 世界のリチウム需給動向と供給安定化への課題
　　1) モビリティの電動化とリチウム需要の急増予測
　　2) EUにおける廃リチウムイオン電池のリサイクル・回収の義務化動向
　　3) 未利用資源（塩湖かん水・海水・温泉水など）からの直接リチウム抽出（DLE）の重要性
　1-2 各種リチウム採取・回収技術と電気化学ポンピング法の位置づけ
　　1) 吸着・脱離、イオン交換、沈殿生成、液－液抽出の概要
　　2) 電気化学ポンピング法による高純度リチウム採取の優位性
　1-3 固体電解質La2/3-xLi3xTiO3（LLTO）による選択的リチウム回収の原理
　　1) LLTOの結晶構造とリチウムイオンの伝導機構

２．一電源二電極セルによる電気化学ポンピングの動作原理
　2-1 一電源二電極セルの仕組み
　　1) リチウムイオン伝導性固体電解質を隔膜としたセル構成
　　2) 直流電圧・電流の印加によるリチウムイオンの選択的移動
　2-2 リチウム回収速度とファラデー効率の評価
　　1) 水の電気分解反応の基礎
　　2) 電荷移動反応に基づく電気分解速度の評価
　　3) 印加過電圧に対する電流・リチウム移動速度・ファラデー効率
　2-3 電子伝導の発現とファラデー効率低下のメカニズム
　　1) 高過電圧印加におけるファラデー効率の急激な低下
　　2) 還元条件下におけるLLTO内の自由電子生成
　　3) 電解質中での電子伝導の発現とリチウムイオン輸率への影響
　2-4 エネルギー効率とシステム最適化の指針
　　1) 内部抵抗と投入エネルギーの関係
　　2) 電極でのジュール熱がエネルギー効率に与える影響

３．「二電源三電極システム」の考案とリチウム回収の高速化
　3-1 二電源三電極セルの設計と動作メカニズム
　　1) 第三電極および副電源を二次側に追加した新規セル構成
　　2) 簡易等価回路に基づくサブ回路の形成とインピーダンスの評価
　3-2 各種パラメータがリチウム回収性能に及ぼす影響
　　1) 第二電極と第三電極の電極間距離への依存性
　　2) カソード側溶液のリチウム濃度依存性と溶液抵抗の影響
　　3) 高リチウム濃度下での移動速度への影響

４．実用化・工業化に向けた展望
【質疑応答】

【キーワード】

直接リチウム抽出法（DLE）、電気化学ポンピング法、電気透析法、リチウムイオン伝導性固体電解質（La2/3-xLi3xTiO3：LLTO）、リチウム回収、塩湖かん水、廃リチウムイオン電池リサイクル

【講演のポイント】

リチウムの回収速度を、ファラデー効率を1に保ったまま飛躍的に高める「二電源三電極システム」という画期的な新技術について、考案・開発者である新村先生ご本人から直接その動作メカニズムを学べる点です。

【習得できる知識】

・リチウムイオン伝導性固体電解質（LLTO）を用いた電気化学的なイオン分離機構
・従来型一電源二電極システムの回収性能、エネルギー効率、および課題の理解
・新技術「二電源三電極システム」による回収速度向上と効率維持の原理
・高リチウム濃度下での稼働、将来の大量回収プロセスに向けた技術的アプローチ

【プログラム】

　リチウムはバッテリーやガラス原料として広く使われ、今後も主に電気自動車の普及により需要の拡大が予想されています。リチウムの製造方法は、塩湖や鉱石からの天日濃縮法や溶媒抽出が主な手法で、天日濃縮法は非常に長い製造期間、溶媒抽出は環境負荷がそれぞれ課題となっています。
　これらの課題を解決する方法として、吸着材による塩湖かん水からのDLE（直接リチウム抽出法）が研究されています。塩湖の濃縮かん水から直接、吸着剤を用いてリチウムイオンを選択的に回収できれば、コストと納期の課題を解決することができるため着目されています。
　当社では、ナトリウムやカルシウムなど種々のイオンを高濃度に含む濃縮簡水からリチウムイオンを選択的に吸着可能な「リチウム吸着材」を開発・評価し適用可能であることを確認し、DLEへの適合性を示すことができた。現在も研究を継続的に実施し、リチウムイオン吸着量の向上や、リチウムイオンバッテリー（LIB）廃液からのリチウム回収に適合すべく、酸性液中のリチウムを吸着可能な材料の開発を行っている。
　これらの概要について紹介する。

１．はじめに
　1.1 イオン交換樹脂の概要
　1.2 イオン交換樹脂の用途

２．イオン交換樹脂による金属吸着
　2.1 イオン交換樹脂・キレート樹脂の種類
　2.2 イオン交換樹脂の選択性
　2.3 キレート樹脂による金属吸着

３．リチウム選択性吸着材の紹介
　3.1 リチウム選択性吸着材の特性
　3.2 リチウム回収試験結果
　3.3 耐酸性リチウム吸着材

４．Topics

５．まとめ

【質疑応答】

【キーワード】

リチウム、DLE、リチウム吸着材、濃縮かん水、リチウム鉱石、イオン交換樹脂

【講演のポイント】

　イオン交換体には様々な種類があり、液体中のイオンを吸着・回収するためには適切なものを選定する必要がある。
そのためには、イオン交換体の種類と特性を理解した上で、使用目的に応じたものを選定する必要がある。
　演者は長年にわたりイオン交換体を用いた水処理技術の開発に従事しており、具体的な事例、特に今回の講演ではリチウムイオンの回収にフォーカスを当て解説する。

【習得できる知識】

１．イオン交換樹脂の種類と特性に関する基礎的な知識。
２．リチウムイオン吸着材の特性とDLE適合性評価。
３．リチウムイオン吸着材の新たな展開。