2014年02月18日09:19
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日本原子能研究開發機構（JAEA）開發出了使用離子導電體作為分離膜、從海水中分離鋰的技術，並成功利用海水制備出了鋰離子充電電池的原料——碳酸鋰（Li2CO3）粉末。雖然JAEA的目的是穩定供應核聚變爐使用的鋰，但也把鋰離子充電電池的需求納入了視野。
據推測，陸地上的鋰資源儲量為3000萬噸，並不會很快枯竭。但鋰資源主要分布在智利及阿根廷等南美地區，日本使用的鋰完全依靠從南美各國進口。南美是利用龐大的佔地面積，用1年多的時間讓含鋰的鹽湖水自然蒸發來制造鋰，因此，無法滿足今后鋰需求的增加，可能會陷入資源短缺的局面。而海水中含有約2300億噸的鋰資源。
通過在離子分離膜兩側供給海水和不含鋰的回收溶液（稀鹽酸），使海水和回收溶液之間產生鋰濃度差，海水中的鋰就會移動到回收溶液中（圖1）。鋰離子移動到離子傳導體中，電極間會流過電子，產生電。離子傳導體採用的是含有鋰、鋁、鈦、鍺、硅、磷、氧的NASICON型晶體結構陶瓷。其原理類似“電池”，但又不同於電解，不使用電力，反而會發電。不過，制作稀鹽酸和碳酸鈉（Na2CO3）等原料時必須使用能源。
圖1：原理圖
JAEA實施了從海水中提取鋰的試驗，用三天時間把海水中所含的鋰提取出了約7％（圖2）。另外，用做豆腐使用的“鹵水”（鋰濃度約為海水的50∼100倍）代替海水，在同樣的測試條件下提取鋰時，獲得了與海水相同的回收性能。
圖2：從海水中提取鋰的試驗
雖然此次實驗使用的是海水和鹵水，其實從很多其他原料中也能獲得鋰。比如，可以制造對廢舊的鋰離子充電電池進行溶解並回收利用的系統。用海水制鹽、以及用海水制造淡水時廢棄的濃縮海水也可以用來提取鋰。
鋰離子電池使用的主要原料是碳酸鋰（Li2CO3）。利用此次開發的技術獲得的鋰以氯化鋰（LiCl）溶解在稀鹽酸中的狀態存在。因此，JAEA研究了從LiCl獲得Li2CO3粉末的工序。首先，使LiCl與廉價的碳酸鈉（Na2CO3）水溶液混合，獲得Li2CO3沉澱物。然后，通過過濾回收沉澱物，進行干燥，就可成功獲得Li2CO3粉末（圖3）。
圖3：獲得的LiCO3粉末
另外，在提取鋰的反應中，正極可獲得氫氣（H2），負極可獲得氯氣（Cl2）。這兩種氣體的用途也非常廣泛，具備商業價值。（作者：?田 基彥，日經技術在線！供稿）
