Development of technology for recovering lithium from seawater by electrodialysis using ionic liquid membrane

イオン液体分離膜を用いた電気透析法による海水からのリチウム回収に関する技術開発

星野 毅

Hoshino, Tsuyoshi

核融合炉の燃料トリチウム製造に必要なリチウムは、リチウムの中でも約7.6%しか存在しない、希少なリチウム6(Li)を多量に使用する。原料のリチウムは、特に希少なレアメタル31元素の一つであり、日本では輸入に100%頼っていることから、リチウムの国内安定確保は、核融合炉実現のため戦略的に取組むべき課題である。さらに、電気自動車,家庭用蓄電池等の大型リチウムイオン電池開発が進み、原料となるリチウムの需要は急増している。そこで、海水からリチウムを効率的に回収する革新的資源回収技術の実用化を目指し、リチウムイオンを選択的に透過可能なイオン液体を用いた電気透析法により、リチウムを回収する研究開発を行った。これまでの試験ではイオン液体をゴアテックス等の有機膜に含浸させて使用したが、試験中にイオン液体が膜から抜け出る課題があった。そこで、このイオン液体の透過防止効果が期待されるセレミオン等の保護膜を用い、2Vの定電位にて24時間のリチウム資源回収試験を行ったところ、イオン液体の透過はなく、リチウム回収率は約11%と高い回収率となり、本技術の実用化へ向けた大きな課題の一つを解決した。

The tritium as a fuel for fusion reactors is produced by the reaction of lithium-6 (Li) with neutron in tritium breeding material. However, Li is one of 31 rare metal elements. Furthermore, as a means of addressing global warming, the world is increasingly turning to the use of Li-ion batteries in electric vehicles and as storage batteries in the home; therefore, there is a growing need for Li. In view of Japanese high dependence on imports for material resources, the securing of enough Li resources is an important policy for domestic industry in Japan. We proposed new method for Li recovery from seawater. The method involves the use of an ionic liquid through which only the Li ions in seawater and not the other ions, including Na, Mg, Ca and K, permeate from the anode side to the cathode side during electrodialysis. Thus, the Li ions become concentrated on the cathode side and can be recovered. With both ends of an ionic liquid covered with a SELEMION to prevent outflow of the ionic liquid, Li concentration increased from 4.5% after 2 h to 11.0% after 24 h with an applied electric voltage of 2 V.