NTU シンガポールの科学者らが果物の皮で新品の電池を作製


(NTU Singapore scientists use fruit peel to turn old batteries into new)

2020/8/26 シンガポール・南洋(ナンヤン)理工大学(NTU)

NTU シンガポールの科学者らが果物の皮で新品の電池を作製

・ NTU が、廃棄された果物の皮を使って使用済みリチウムイオン電池から抽出した貴金属を再利用し、新しい電池を作製する技術を開発。
・ オレンジの皮を利用した同技術の概念実証では、使用済み電池から貴金属を効率的に回収し、廃棄物の排出量を最小限に抑えながら新しい電池を作製した。
・ このような「廃棄物から資源」(waste-to-resource)のアプローチは、食品ロスと電子廃棄物(ewaste)の両課題に対処し、より長期間にわたって資源を利用する、廃棄物ゼロの循環型経済の発展を支援するもの。世界では約 13 億トンの食品廃棄物、約 5 千万トンの e-waste が毎年排出されている。
・ 使用済み電池では、通常 500℃超の高温加熱処理で金属が回収されるが、この過程では有毒なガスを排出。この代替として強酸・弱酸溶液と過酸化水素を使用する湿式製錬による金属抽出アプローチがあるが、健康や安全性へのリスクとなる二次汚染物質の排出や、危険で不安定な過酸化水素への依存の課題がある。
・ オーブンで乾燥させ粉末化したオレンジの皮とクエン酸を組合せ、研究室で実験した結果、使用済みリチウムイオン電池から約 90%のコバルト、リチウム、ニッケルおよびマンガンの回収に成功。これは前述の過酸化水素による手法に匹敵する効率性。
・ オレンジの皮に含まれるセルロースが、加熱による抽出プロセスで糖に変換し、この糖が電池からの金属の回収を促進する。また、オレンジの皮に含まれるフラボノイドやフェノール酸等の天然の抗酸化物質も回収促進に寄与。さらに、同プロセスで排出した固体残渣には毒性が無く、環境への安全性も確保。
・ 回収資源から新たに作製したリチウムイオン電池では、市販のものと同等の充電容量を確認。このことは、同技術が「使用済みリチウムイオン電池のリサイクルの産業的な実施可能性」を有することを示唆する。
・ オレンジの皮以外の、セルロースを豊富に含む他の青果物の利用や、リン酸鉄リチウムやリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物の他タイプのリチウムイオン電池への同技術の適用の可能性も見込める。
・ 今後の目標は、回収資源で作製する電池の性能をさらに向上させること、製造のスケールアップに向けた諸条件の最適化、そして酸の利用を排除する可能性の検討。
・ NTU SCARCE(Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy)に属する本研究は、シンガポール国立研究財団(NRF)、国家開発省(MND)および Urban Solutions & Sustainability-Integration
Fund の一部として Closing the Waste Loop R&D Initiative 下、国家環境庁(NEA)が支援した。NTU SCARCE ラボは、環境により優しい e-waste リサイクル技術の開発を目的としている。
URL: https://media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=5d4d1f59-bd28-4d36-



Environmental Science & Technology 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Repurposing of Fruit Peel Waste as a Green Reductant for Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c02873#


The development of environmentally benign hydrometallurgical processes to treat spent lithium-ion batteries (LIBs) is a critical aspect of the electronic-waste circular economy. Herein, as an alternative to the highly explosive H2O2, discarded orange peel powder (OP) is valorized as a green reductant for the leaching of industrially produced LIBs scraps in citric acid (H3Cit) lixiviant. The reductive potential of the cellulose- and antioxidant-rich OP was validated using the 3,5-dinitrosalicylic acid and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic) acid assays. Leaching parameters such as OP concentration (200 mg), processing temperature (100 °C), H3Cit concentration (1.5 M), reaction duration (4 h), and slurry density (25 g/mL) were systematically optimized to achieve 80–99% leaching efficiencies of Ni, Mn, Co, and Li from the LIB “black mass”. Importantly, solid side-streams generated by the OP-enabled leaching displayed negligible cytotoxicity in three different human cell lines, suggesting that the process is environmentally safe. As a proof of concept, Co(OH)2 was selectively recovered from the green lixiviant and subsequently utilized to fabricate new batches of LiCoO2 (LCO) coin cell batteries. Galvanostatic charge–discharge test revealed that the regenerated batteries exhibited initial charge and discharge values of 120 and 103 mAh/g, respectively, which is comparable to the performance of commercial LCO batteries. The use of fruit peel waste to recover valuable metals from spent LIBs is an effective, ecofriendly, and sustainable strategy to minimize the environmental footprint of both waste types.