マイクロ波技術で電池廃棄物からのリチウム抽出が高速かつ環境に優しく実現

Tokyoライス大学の研究者たち、プピケル・アジャヤン氏の指導のもと、新しい効率的なリチウム回収法を開発しました。この方法は、従来の技術よりも迅速で、安全かつ環境に優しいものです。彼らはマイクロ波放射と生分解性の液体を使用し、わずか30秒でリチウムの最大50%を回収することに成功しました。

リチウムはスマートフォン、ノートパソコン、電気自動車のバッテリー製造において非常に重要な役割を果たしています。電気自動車の台数が増加し、排出削減の取り組みが進む中で、リチウムの需要が高まっています。2023年には、リチウムイオンバッテリーの世界市場は650億ドルを超え、今後8年間で23%以上成長すると予想されています。この成長はリチウムの供給網に負荷をかけるため、効率的なリサイクル方法の重要性が増しています。

従来のリサイクル手法は効果が低く環境を悪化させます。これらは強酸と大量のエネルギーを使用しているにもかかわらず、リチウムの回収率は5%以下にとどまります。環境に優しい新しい選択肢である深共晶溶媒（DESs）も、効率とコストの面で問題を抱えています。

ライス大学の研究者たちは、新たな方法を開発しました。この方法では、コリン塩化物とエチレングリコールを用いた深共晶溶媒（DES）を使用しています。以下は彼らの研究からの重要な発見です。

マイクロ波放射を用いると、回収プロセスが速く進みます。選択的なリチウム回収をわずか30秒で達成でき、一方で従来のオイルバス加熱法では同じ回収率を得るのに12時間かかります。マイクロ波方法では、15分で87%のリチウム回収率に到達します。さらに、加熱時間が短縮されることで、溶剤の安定性が改善されます。

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バタチャリヤ・ソヒニ博士は、論文の主著者の一人として、リチウムイオン電池（LIBs）のリサイクルがリチウムやコバルト、ニッケルといった重要な金属を回収するために重要であると説明しています。現在のリサイクル方法では通常、リチウムが最後に回収されるため、汚染や損失が発生します。しかし、新しいマイクロ波を利用した方法では、最初にリチウムを回収することに焦点を当てており、プロセスをより効果的かつ効率的にしています。

主な著者の一人であるサルマ・アルハシムは、DES溶液中のコリン塩化物がマイクロ波を吸収し、コバルトやニッケルなどの他の金属よりもリチウムを選択すると述べています。この方法は従来の方法よりもほぼ100倍速く、長時間の加熱方法（オイルバスなど）では通常起こるDESの分解も防ぎます。

この新しい方法はリチウムイオン電池のリサイクルのあり方を変える可能性があり、コスト削減や環境への配慮に繋がります。この方法により、回収できる材料の量が増え、自然への影響がさらに抑えられます。研究者たちは、このDESベースのリサイクルを大規模に行うことで、業界に大きな改善をもたらすと考えています。

この革新は、使用済みバッテリーからのリチウム回収が将来的により迅速で、環境に優しく、効率的になる可能性があることを示しています。これによりリチウムの需要の増加に対応するとともに、現在のリサイクル方法が抱える環境問題にも対処します。この研究は、『Advanced Functional Materials』誌に発表され、持続可能な技術への大きな一歩となっています。