チャルマース工科大学の研究者らは、電気自動車用バッテリーから金属をリサイクルする新たな効率的な方法を提案しました。この方法では、使用済み電気自動車用バッテリーからアルミニウムを100%、リチウムを98%回収できます。これにより、ニッケル、コバルト、マンガンなどの貴重な原材料の損失を最小限に抑えることができます。研究者らは植物界にも存在するシュウ酸を使用しているため、高価で有害な化学物質は使用しません。
これまでのところ、シュウ酸を用いてこの量のリチウムを分離し、アルミニウムをすべて除去する適切な条件を見出した人はいません。チャルマース工科大学化学・化学工学部の博士課程学生であるリア・ルーケット氏は、すべての電池にアルミニウムが含まれているため、他の金属を失うことなくアルミニウムを除去できるはずだと述べています。
チャルマース工科大学のバッテリーリサイクル研究所で、リア・ルーケット氏と研究リーダーのマルティナ・ペトラニコワ氏が、この新しい手法の仕組みを実演しました。研究所には使用済みの自動車用バッテリーが備え付けられ、ドラフトチャンバー内には、細かく粉砕された黒色の粉末状の物質が透明な液体（シュウ酸）に溶解されていました。リア・ルーケット氏は、キッチンブレンダーのようなものを用いて液体と粉末を混ぜ合わせます。まるでコーヒーを淹れているかのようなシンプルな作業ですが、この手法は独特で、最近発表された科学的なブレークスルーです。温度、濃度、時間を微調整することで、研究者たちはシュウ酸を使った新しいレシピを開発しました。シュウ酸は、ルバーブやホウレンソウなどの植物にも含まれる環境に優しい成分です。
今日の無機化学物質の代替品が求められています。さらに、現代のプロセスにおける最大のボトルネックの一つは、アルミニウムなどの残留物質の除去です。チャルマース工科大学化学・化学工学部の准教授であるマルティナ・ペトラニコワ氏は、これはリサイクル業界に新たな代替手段を提供し、開発を阻む問題の解決に役立つ革新的なアプローチだと述べています。
液体を用いた処理方法は湿式冶金と呼ばれます。従来の湿式冶金では、まずアルミニウムや銅などの材料から「不純物」を取り除き、次にリチウム、コバルト、ニッケル、マンガンなどの貴金属を使用します。アルミニウムと銅は微量しか残りませんが、複数段階の精製が必要であり、各段階で漏れが発生します。新しい方法では、研究者たちは切断方法を変更し、まずリチウムをアルミニウムから分離しました。これにより、新しいバッテリーの製造に必要な貴金属の無駄を削減できます。
工程の後半、つまり濃い色の混合物を濾過する段階でさえ、コーヒーを淹れるのを彷彿とさせます。アルミニウムとリチウムは液体に溶け込みますが、他の金属は「濾し器」に残ります。この工程の次のステップは、アルミニウムとリチウムを分離することです。
「これらの金属は特性が大きく異なるため、分離は難しくないと考えています。この新しい方法は、バッテリーリサイクルの有望な新たな道を切り開くものであり、私たちはこれをさらに研究していきたいと考えています」とリア・ルケット氏は述べています。「この方法は大規模にも使用できるため、今後数年間で産業界で役立つことを期待しています」とマルティナ・ペトラニコワ氏は述べています。
マルティナ・ペトラニコワ氏の研究グループは、長年にわたりリチウムイオン電池における金属リサイクルに関する最先端の研究を行ってきました。同グループは電気自動車用バッテリーのリサイクルに携わる企業と協力し、ボルボ・カーズやノースボルトのNybatプロジェクトといった主要な研究開発プロジェクトのパートナーでもあります。
研究に関する追加情報：学術論文「リチウムイオン電気自動車用バッテリーからのリチウムの完全選択的回収：シュウ酸を浸出剤として用いたモデリングと最適化」が、Separation and Purification Technology誌に掲載されました。本研究は、チャルマース工科大学化学・化学工学部のLeah Rouquette氏、Martina Petranikova氏、Natalia Vieceli氏によって実施されました。本研究は、スウェーデンエネルギー庁、スウェーデンバッテリーベース、およびVinnovaの資金提供を受け、Stena Recycling社とAkkuser社が処理したボルボ・カーズの使用済み電気自動車用バッテリーを用いて実験が行われました。
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