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                    客觀日本

                    從海水中高效回收鋰——改良通電方法,速度提高數百倍

                    2021年06月01日 化學材料

                    實現脫碳社會的關鍵不僅僅是太陽能和風力等可再生能源。儲存可再生能源電力的電池也很重要。隨著需求進一步擴大,目前廣泛普及的鋰離子電池的原材料鋰可能會變得難以采購。如果能實現以低成本高效提取海水中含有的微量鋰的技術,到2050年前后,鋰離子電池就有望全部利用從海水中提取的鋰制造。

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                    弘前大學的佐佐木一哉教授說:“通過這項技術可以解決鋰短缺的問題”。佐佐木教授開發出了利用電滲析法從海水中快速高效地提取鋰的方法。雖然還只是實驗室級別的小型裝置,但1小時可以提取近1克的鋰,回收速度達到了以往的數百倍以上。

                    鋰離子電池的材料采用稀有金屬鋰。作為儲存可再生能源發電電力的方法等,鋰離子電池的需求不斷增加。雖然也在研發新一代“鈉離子電池”等,但尚未實現實用化。

                    鋰回收技術的歷史與前景

                    1817年

                    阿爾費特森分析礦石時發現鋰元素

                    1923年

                    德國金屬公司發現金屬鋰的工業生產法

                    1990年代

                    從鹽水中提取鋰的方法在智利等地擴大

                    1991年

                    鋰離子電池實現實用化

                    2004年

                    佐賀大學啟動從海水中提取鋰的驗證工廠

                    2014年

                    日本原子力研究開發機構成功實現邊發電邊從海水中提取鋰

                    2020年

                    弘前大學改良從海水中提取鋰的技術

                    2050年前后

                    全球的鋰生產全部來自海水

                    預計2030年鋰的市場規模將達到2020年的4~5倍,并面臨枯竭的危險。鋰資源主要集中在南美等地。通過濃縮鹽湖水及開采礦山來生產,但產品供不應求,價格暴漲。

                    解決這一問題的方法就是從海水中回收。雖然鋰的濃度沒有鹽湖和礦山高,但每升海水中含0.17毫克的鋰,全球合計達到2300億噸。佐佐木教授著眼于這一點,開發出了通過向海水中通電來移動和收集鋰離子的方法。

                    具體來說就是,在使用特殊的膜分隔成兩部分的水槽一側放入海水,另一側放入純水,然后在兩側放入電極通電。這樣,溶解在海水中的陽離子會向純水側移動,而膜會選擇性地通過鋰離子,通過向收集到的鋰離子液體中添加碳酸鈉等產生化學反應,最終析出碳酸鋰。

                    過去也研究過同樣的方法,但為提高鋰回收速度而施加高電壓時,不僅是水,膜也會通電,導致效率降低,研究因此停頓了下來。

                    佐佐木教授發現,通過在純水一側的裝置上再追加一個電源和電極,能防止膜通電。這防止了效率的下降,使鋰的回收速度比傳統方法快數百倍以上。

                    然而,佐佐木教授也表示:“雖然通過實驗明確了提高鋰回收速度的原理,但今后還需要探索裝置的最佳構造和裝置的運行條件”。目前他們正與企業合作,建造研究這些內容的驗證設備。

                    新方法是在水中通電,因此會像電解一樣產生氫氣和氧氣。作為燃燒時不會產生二氧化碳(CO2)的燃料,預計氫的需求會增長。為實現脫碳,打算將新方法作為同時生產鋰和氫的方法普及。

                    改良濃縮鹽湖水和提煉礦石的傳統方法

                    日本一直在研究從海水中回收微量鈾(核電燃料)的技術,回收鋰的想法是該技術的延伸。

                    量子科學技術研究開發機構開發出了使用特殊陶瓷膜,從海水中回收鋰的技術。在用膜隔開的水槽一側放入鹽酸,充分利用兩側的鋰濃度差進行回收。鋰離子移動產生的電力還可用于發電。

                    另一方面,濃縮鹽湖水和提煉礦石等傳統方法也開始改善效率及降低成本。鹽湖通過日曬濃縮水來獲得鋰化合物。但課題是需要1年以上的時間,而且雜質比較多。為解決這些問題,一家法國企業開發了特殊的鋰吸附劑。通過使用該吸附劑制造鋰濃度更高的溶液并在陽光下晾曬,可以提高效率。

                    傳統的礦石提煉法也在推進技術開發。過去,鋰主要從也被加工成寶石的“鋰輝石”中提煉。澳大利亞的企業正在開發利用硫酸等從難以提煉的其他礦石中提取鋰的方法。

                    日文:三隅勇氣、《日經產業新聞》,2021/05/21
                    中文:JST客觀日本編輯部