リチウム6同位体濃縮の為のハイブリッドカスケーディングシステムの開発

开发用于锂 6 同位素浓缩的混合级联系统

• 批准号: 22H01999
• 负责人: 佐々木 一哉
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Hirosaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01999/
• 关键词: 核融合; リチウム; 同位体濃縮; 電気透析; カスケード

本研究は、基幹発電システムとして期待される核融合炉の実現への最大課題である、質量数6のリチウム同位体（6Li）の濃縮技術開発に資する。我々は、電気透析技術に基づく新たな6Li濃縮原理を考案し、1段ごとには大きな同位体濃縮率を達成した。6Li同位体比率を90%以上とするには、1段ごとの同位体濃縮率をさらに大きくかつ安定に実施する方法を見出し、またそれを繰り返し実施するカスケーディング装置を開発する必要がある。本研究の主な目標は、①世界初のカスケード電気透析6Li濃縮の実現、②1段セルの6Li濃縮率の向上、である。R4年度は、主に以下の実験研究を行った：（A)単段を連結するカスケード装置での同位体濃縮と、それによる課題の明確化、および（B）単段の同位体濃縮率向上のための方法の検討。(A)の検討では、単段を5つ直列に連結したカスケード装置で同位体濃縮では1段目と5段目では同位体が濃縮されるものの、その間の2～4段目では同位体濃縮が生じないことが判明した。これはマスバランスを保つために生じる現象であり、カスケード装置の実現には、各段で生じる濃縮液と希釈液を循環させることが有効であると推定された。（B）の検討では、電解質膜の両表面間に印加する電位差を小さくすることで同位体濃縮率を大きくできることが判明した。また、一次側あるいは二次側の溶液中に副電極を配置し、副電極と電解質表面の電極との間に電位差を与えることで、電解質の両表面間の電位差をゼロ（短絡状態）としてもリチウム移動が生じることを明らかにした。本方式では、最も大きな同位体濃縮率が期待されると推定できた。

这项研究将有助于开发质量数为6（6Li）的锂同位素浓缩技术，这是实现有望用作主要发电系统的核聚变反应堆的最大挑战。我们基于电渗析技术设计了新的6Li富集原理，并在每个阶段实现了较大的同位素富集率。为了实现90%或更高的6Li同位素比，需要找到一种方法在每个阶段实现更高、更稳定的同位素富集率，并开发能够重复执行这一过程的级联装置。这项研究的主要目标是（1）实现世界上第一个级联电渗析6Li浓缩，以及（2）提高单级电池的6Li浓缩率。 R4年，我们主要进行了以下实验研究：（A）采用串联单级装置进行同位素富集及相关问题的澄清；（B）提高单级同位素富集率的考虑。方法用于在(A)的研究中，在使用串联连接的五个单级的级联装置的同位素浓缩中，同位素在第一级和第五级中被浓缩，但同位素在其间的第二级至第四级中被浓缩。发现这种情况不会发生。这是为了维持质量平衡而发生的现象，推测使各阶段产生的浓缩液和稀释液循环，实现级联装置是有效的。在研究(B)中，发现可以通过减小施加在电解质膜的两个表面之间的电位差来提高同位素富集率。另外，通过在初级侧或次级侧的溶液中放置子电极并在电解质表面上的子电极和电极之间施加电势差，可以减小初级侧或次级侧的电极的两个表面之间的电势差。电解质为零（短路状态），表明发生了锂转移。据估计，采用该方法可达到最高的同位素富集率。

项目成果

La0.57Li0.29TiO3電解質隔膜を用いた2電源3電極方式電気化学ポンピング法によるリチウム回収性能の印加電圧依存性

使用La0.57Li0.29TiO3电解质隔膜的二源三电极电化学泵浦方法施加电压对锂回收性能的依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: Kiyoto Shin-mura;Ryoya Tokuyoshi;Sogo Shinohara;Yuma Hachinohe and Kazuya Sasaki;丹羽栄貴，新村潔人，本多駿資，田副博文，佐々木一哉;進藤裕太，新村潔人，徳吉諒哉，福坂岳，丹羽栄貴，佐々木一哉;徳吉諒哉，新村潔人，進藤裕太，福坂岳，丹羽栄貴，佐々木一哉;丹羽栄貴，新村潔人，田副博文，佐々木一哉
• 通讯作者: 丹羽栄貴，新村潔人，田副博文，佐々木一哉