液体アンモニアを利用したリチウムのリサイクル

今年度では、前年度の結果をさらに発展させ、液体アンモニアに溶解した金属リチウムを連続的に回収できるプロセスの構築を目指した基礎的実験を行った。具体的には、リチウムイオンに関して導電能のある固体電解質を介して、液体アンモニアを廃棄電池溶解室と回収室に分離し、外部電源を用いて、溶解室から回収室へ連続的にリチウムを移動させることを試みた。このことにより、溶解室で液体アンモニア中へ溶解した廃棄リチウム電池中のリチウムイオンのみを連続的に回収室へ移行させることが可能になる。ここで、本年度は、上記目的を達成させるためのキーポイントとなるリチウムイオン導電体の液体アンモニア中での性能評価を行った。グラファイトは、リチウムイオンがインタカレート可能である一方、電子伝導性を有することが知られている。この場合、溶解室のリチウム濃度が抽出室に比べて高い場合、外部電源がなくても、リチウムイオンの伝導が起こることが期待され、そこで本研究の第一段階として、種々のグラファイト隔膜を作成し、溶解室から回収室へのリチウム移動に関する基礎実験を試みた。しかしながら、これらのグラファイト隔膜は純液体アンモニア中では比較的安定であったのに対して、金属リチウムが溶解した液体アンモニア中では、極めて短時間のうちに崩壊する現象が認められ、本目的に適しないことが判明した。そこで本研究では次に、窒化リチウムを隔膜とした実験を行った。この場合、低温でのリチウムイオンの伝導度がそれほど大きくないため、隔膜厚さを1mm程度以下とする必要があったが、溶解室から回収室へリチウムイオンを移動させることに成功した。

今年度では、前年度の結果をさらに発展させ、液体アンモニアに溶解した金属リチウムを連続的に回収できるプロセスの構築を目指した基礎的実験を行った。具体的には、リチウムイオンに関して導電能のある固体電解質を介して、液体アンモニアを廃棄電池溶解室と回収室に分離し、外部電源を用いて、溶解室から回収室へ連続的にリチウムを移動させることを試みた。このことにより、溶解室で液体アンモニア中へ溶解した廃棄リチウム電池中のリチウムイオンのみを連続的に回収室へ移行させることが可能になる。ここで、本年度は、上記目的を達成させるためのキーポイントとなるリチウムイオン導電体の液体アンモニア中での性能評価を行った。グラファイトは、リチウムイオンがインタカレート可能である一方、電子伝導性を有することが知られている。この場合、溶解室のリチウム濃度が抽出室に比べて高い場合、外部電源がなくても、リチウムイオンの伝導が起こることが期待され、そこで本研究の第一段階として、種々のグラファイト隔膜を作成し、溶解室から回収室へのリチウム移動に関する基礎実験を試みた。しかしながら、これらのグラファイト隔膜は純液体アンモニア中では比較的安定であったのに対して、金属リチウムが溶解した液体アンモニア中では、極めて短時間のうちに崩壊する現象が認められ、本目的に適しないことが判明した。そこで本研究では次に、窒化リチウムを隔膜とした実験を行った。この場合、低温でのリチウムイオンの伝導度がそれほど大きくないため、隔膜厚さを1mm程度以下とする必要があったが、溶解室から回収室へリチウムイオンを移動させることに成功した。