の「ホワイトゴールド」クリーン エネルギーの中でもリチウムは、携帯電話やラップトップに電力を供給する電池からグリッド規模のエネルギー貯蔵システムに至るまで、大小さまざまな電池の重要な成分です。

この銀白色の金属は比較的豊富にあるものの、電気自動車（EV）ブーム、ネットゼロ目標、地政学的要因の影響を受けた複雑な調達状況により、間もなく供給不足になる可能性がある。2023 年には 650 億ドル以上と評価され、リチウムイオン電池(リブ)世界市場今後 8 年間で 23% 以上の成長が見込まれており、リチウム供給における既存の課題がさらに高まる可能性があります。

さらに、使用済みバッテリーからのリチウムの回収は、環境に負荷がかかり、非常に非効率的ですが、プリッケル・アジャヤン率いるライス大学の研究チームは、この問題を変えようと取り組んでいます。

彼らの中で最新の研究に掲載されました先端機能材料、研究者らは、マイクロ波放射そして容易に生分解される溶媒。調査結果によると、この新しいプロセスは、使用済みLIB正極に含まれるリチウムの50%をわずか30秒で回収でき、LIBリサイクル技術における重大なボトルネックを克服することができる。

「近年、LIBの使用が大幅に増加しており、カソードに使用されるリチウム、コバルト、ニッケルなどの重要な金属の入手可能性について必然的に懸念が生じています」と、2人の筆頭著者のうちの1人であるSohini Bhattacharyya氏は述べた。この研究についての研究者であり、アジャヤンが運営するナノマテリアル研究室のライスアカデミー博士研究員でもあります。「したがって、使用済みLIBをリサイクルしてこれらの金属を回収することが非常に重要です。」

従来のリサイクル方法には強酸が含まれることが多く、深共晶溶媒 (DES) などの環境に優しい代替溶媒は効率と経済性の点で苦労していました。さらに、現在のリサイクル方法で回収できるリチウムの量は 5% 未満です。これは主にプロセス中の汚染と損失、および回収にエネルギーを大量に消費するためです。

「回収率が非常に低いのは、通常、リチウムは他の金属の後で最後に沈殿するためです。そのため、私たちの目標は、リチウムを特にターゲットにする方法を見つけることでした」と、この研究のもう一人の筆頭著者であるライス博士卒業生のサルマ・アルハシム氏は述べた。

「ここでは、塩化コリンとエチレングリコールの混合物である DES を使用しました。以前の研究から、この DES での浸出中にリチウムが次の物質に囲まれることがわかっていました。塩化物イオン塩化コリンから溶け出し、溶液中に浸出します。」

コバルトやニッケルなどの他の金属を浸出させるには、塩化コリンとエチレングリコールプロセスに関与する必要があります。この 2 つの物質のうち、塩化コリンだけがマイクロ波の吸収に優れていることを知っていた研究者らは、電池の廃棄物を溶媒に浸し、マイクロ波を照射しました。

「これにより、他の金属よりも選択的にリチウムを浸出させることができました」とバタチャリヤ氏は語った。「このプロセスにマイクロ波放射を使用することは、キッチンの電子レンジが食品を素早く加熱する方法に似ています。エネルギーが分子に直接伝達されるため、従来の加熱方法よりもはるかに速く反応が起こります。」

オイルバスなどの従来の加熱方法と比較して、マイクロ波支援加熱はほぼ 100 倍の速さで同様の効率を達成できます。たとえば、マイクロ波ベースのプロセスを使用すると、オイルバス加熱では同じ回収率を得るのに 12 時間かかるのに対し、87% のリチウムを浸出させるのに 15 分かかったことが判明しました。

「これはまた、DES 組成を調整するだけで特定の元素に対する選択性を達成できることも示しています」とアルハシム氏は述べた。「もう 1 つの利点は溶媒の安定性です。オイルバス法では時間がかかるため、溶媒の分解が始まりますが、電子レンジの短い加熱サイクルでは分解が起こりません。」

この画期的な方法は、経済性と経済性を劇的に改善する可能性があります。環境への影響LIB のリサイクルを促進し、増大する地球規模の問題に対する持続可能な解決策を提供します。

「この方法は回収率を高めるだけでなく、環境への影響も最小限に抑えます。そのため、選択的金属回収のためにDESベースのリサイクルシステムを大規模に展開するための有望な一歩となります」と、この研究の責任著者でライス社のベンジャミン・M・ケネディ氏であるアジャヤン氏は述べた。メアリー・グリーンウッド・アンダーソン工学教授、材料科学およびナノエンジニアリングの教授兼学部長。