【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】

※現在、最新のご講演主旨・プログラムを講師の先生にご考案いただいております。完成次第本ページを更新いたします。

　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る。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ルートである。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おり、これらを解決するため吸着材による塩湖かん水からのDLE（直接リチウム抽出法）を検討した。吸着材はカラム式で塩湖モデル水を通水し、処理液からリチウムの回収率およびリチウムの精製純度を調べた。得られた結果より、DLEにおいて適する吸着材であることを前報にて報告した。さらに吸着材の改良を行い、前報と同様の試験を実施した。改良した吸着材はリチウム吸着量が増しており、よりDLEに適することを確認した。また、別の吸着材を用いてリチウムイオンバッテリー（LIB）廃液などのリチウム回収を検討している。まず酸性液中のリチウムを吸着可能な材料を確認、吸着量の向上および吸着材の耐久性が課題となっており、本成果を報告する。