太陽光発電のシーソー式抽出装置がリチウムの抽出と水を同時に脱塩します

電気自動車市場とグリッドストレージソリューションの急速な成長により、リチウムの世界的な需要はここ数年で急増しています。現在、生産能力は限られており、将来のニーズを満たす可能性は低いです。しかし、研究者らは革新的なリチウム回収技術の開発を進めている。新しい研究、 出版された で デバイスは、以前の抽出方法よりも効率的に海水からリチウムを抽出し、海水淡水化の利点を追加する技術の 1 つについて説明しています。

リチウムは豊富だが入手は限られている

海水には、合計約2,300億トンもの膨大なリチウム埋蔵量が含まれています。しかし、低リチウム濃度と高レベルの競合ナトリウムイオンに関する課題により、それを抽出する方法は限られています。海水のリチウム濃度は約 0.2 mg/L ですが、ナトリウムイオン濃度は 12,000 mg/L を超えます。高濃度の他のイオンによる干渉により、電気化学的インターカレーション、ナノ濾過、液液抽出などの方法は非効率すぎて実用化できませんでした。

酸化マンガン水素 (HMO) などのリチウムイオンシーブ (LIS) を使用する方法は、リチウム選択性において有望ですが、海水中のリチウム濃度が低いため、依然として吸着速度が遅いです。と組み合わせると 界面蒸発LIS は吸着力が優れています。ただし、他のイオンが濃縮されると、効果的な吸着に十分なリチウム レベルに達する前にリチウムのスケーリングが発生します。このスケーリングにより蒸発がより困難になり、リチウムの吸着が妨げられます。

しかし、これらの制限を克服することで、将来的にははるかに環境に優しいリチウムの入手方法が提供されます。現在、 リチウム採掘 陸上での方法による汚染は破壊的であり、汚染の増加と過剰な水の消費につながります。

太陽光発電シーソー式抽出装置

新しい研究に参加した研究チームは、新しく開発した太陽光発電シーソー抽出装置（SPSE）を使用することで、これまでの海水リチウム抽出に伴う制限の一部を克服したようだ。 SPSE は、2 つの疎水性光熱層の間に挟まれた親水性リチウム吸着層で構成されています。

このデバイスは太陽光を利用して蒸発を促進し、毛細管流を生成して吸着層内のリチウムを濃縮します。各エクストラクターは 30 度の角度で傾き始め、上部にスケールが蓄積するにつれてシーソーのような動きでゆっくりと傾きます。この部分を水に浸すと塩分が溶けてスケールが取れてやり直しになります。

「SPSEでは、親水性ナノ繊維マットがイオン輸送用の毛細管ポンプとLi+捕捉用のリザーバの両方として機能します。毛細管流を介して水で満たされ、蒸発と並行して連続的なイオン輸送が可能になります。」

「上部のカーボン紙は光を蒸発のための熱に変換し、下部のカーボン紙は抽出器を水面に浮かせることができ、液橋からの引きずり力を軽減します。疎水性層は塩の堆積をSPSEの端に誘導するのに役立ち、揺動する前に蒸発によるスケーリングを軽減します」と研究著者らは書いている。

このデバイスは、局所的なリチウム濃度の 15.5 倍の増加を達成し、吸着速度を高めました。 SPSE リチウムとナトリウムを分離 370,000倍を超え、より効率的なリチウム回収が可能になります。研究チームは、さらなる最適化が組み込まれた場合、「飲料水品質基準」を備えた高純度水の貴重な副産物についても言及しています。

研究者らは、傾斜したシーソーモデルと完全に水没したモデルを比較しました。実験では、シーソーバージョンの方が良好な結果を示し、浸漬法と比較して、120 時間でリチウムの取り込みが 69% 高くなりました。

さらなる改良

SPSE は、資源採掘と水浄化のための持続可能な太陽光発電ソリューションを提供していますが、まだその可能性を最大限に発揮していません。このデバイスは、マンガンベースのリチウムシーブの不安定性により、30 サイクル後に性能が 21.6% 低下することが判明しました。実際の海洋環境におけるこの装置の機能についても、まだ疑問が残っている。ほとんどの LIS はアルカリ条件を必要とするため、実際の海水での pH 調整が必要です。

これらの限界を克服するために、研究チームはマンガンベースのLISをより安定性の高いチタンベースのLISに置き換え、天然海水のpHでリチウムを捕捉できる材料やアプローチを将来のモデルに組み込むことを提案している。

© 2026 サイエンス X ネットワーク
お問い合わせ・広告・著作権・不具合に関するご連絡は [email protected] までメールでお願いします。