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日本原子能研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAEA）開發(fā)出了使用離子導(dǎo)電體作為分離膜、從海水中分離鋰的技術(shù)，并成功利用海水制備出了鋰離子充電電池的原料——碳酸鋰（Li2CO3）粉末。雖然JAEA的目的是穩(wěn)定供應(yīng)核聚變爐使用的鋰，但也把鋰離子充電電池的需求納入了視野。

據(jù)推測(cè)，陸地上的鋰資源儲(chǔ)量為3000萬(wàn)噸，并不會(huì)很快枯竭。但鋰資源主要分布在智利及阿根廷等南美地區(qū)，日本使用的鋰完全依靠從南美各國(guó)進(jìn)口。南美是利用龐大的占地面積，用1年多的時(shí)間讓含鋰的鹽湖水自然蒸發(fā)來(lái)制造鋰，因此，無(wú)法滿足今后鋰需求的增加，可能會(huì)陷入資源短缺的局面。而海水中含有約2300億噸的鋰資源。

通過(guò)在離子分離膜兩側(cè)供給海水和不含鋰的回收溶液（稀鹽酸），使海水和回收溶液之間產(chǎn)生鋰濃度差，海水中的鋰就會(huì)移動(dòng)到回收溶液中（圖1）。鋰離子移動(dòng)到離子傳導(dǎo)體中，電極間會(huì)流過(guò)電子，產(chǎn)生電。離子傳導(dǎo)體采用的是含有鋰、鋁、鈦、鍺、硅、磷、氧的NASICON型晶體結(jié)構(gòu)陶瓷。其原理類似“電池”，但又不同于電解，不使用電力，反而會(huì)發(fā)電。不過(guò)，制作稀鹽酸和碳酸鈉（Na2CO3）等原料時(shí)必須使用能源。

圖1：原理圖

JAEA實(shí)施了從海水中提取鋰的試驗(yàn)，用三天時(shí)間把海水中所含的鋰提取出了約7％（圖2）。另外，用做豆腐使用的“鹵水”（鋰濃度約為海水的50～100倍）代替海水，在同樣的測(cè)試條件下提取鋰時(shí)，獲得了與海水相同的回收性能。

圖2：從海水中提取鋰的試驗(yàn)

雖然此次實(shí)驗(yàn)使用的是海水和鹵水，其實(shí)從很多其他原料中也能獲得鋰。比如，可以制造對(duì)廢舊的鋰離子充電電池進(jìn)行溶解并回收利用的系統(tǒng)。用海水制鹽、以及用海水制造淡水時(shí)廢棄的濃縮海水也可以用來(lái)提取鋰。

鋰離子電池使用的主要原料是碳酸鋰（Li2CO3）。利用此次開發(fā)的技術(shù)獲得的鋰以氯化鋰（LiCl）溶解在稀鹽酸中的狀態(tài)存在。因此，JAEA研究了從LiCl獲得Li2CO3粉末的工序。首先，使LiCl與廉價(jià)的碳酸鈉（Na2CO3）水溶液混合，獲得Li2CO3沉淀物。然后，通過(guò)過(guò)濾回收沉淀物，進(jìn)行干燥，就可成功獲得Li2CO3粉末（圖3）。

圖3：獲得的LiCO3粉末

另外，在提取鋰的反應(yīng)中，正極可獲得氫氣（H2），負(fù)極可獲得氯氣（Cl2）。這兩種氣體的用途也非常廣泛，具備商業(yè)價(jià)值。（作者：浜田 基彥，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）