何度も充電し繰り返し使えるリチウムイオン電池。今や私たちの生活になくてはならないものだ。電気自動車用などリチウムイオン電池の大型化に伴い、レアメタルであるリチウムの資源不足が深刻化している。
リチウムは陸上の推定埋蔵量1400万トンに対して、海水中には2,300億トンが存在する。そのため海水からリチウムを回収する技術が近年盛んに研究されているが、これまでの方法では高コストな電極や装置が必要であった。その上、海水に溶けているリチウム濃度が低いため、低コストで簡便、なおかつ大規模化が可能なリチウム回収方法の開発が望まれていた。

そんな中、岡本研究員は以前から研究を行っていた電気細菌が様々な鉱物に電子を注入することに注目した。電気細菌とは、電子を生み出し細胞の外にある固体材料に渡す性質をもつ細菌だ。

この電気細菌の性質を使って、選択的にリチウムイオンが取り込まれるスピネル型構造（※）をもつ物質に電子を与え、海水からリチウムを回収する技術を開発できないかと連携拠点推進制度で外来研究員として訪れていた東北大学の下川航平助教、そしてPham Duyen Minh研究員と考え、研究を進めた。

酸化マンガンに吸着したリチウムは、酸を加えることでLiイオンを酸化マンガンから抽出することができる。一度吸着につかった酸化マンガンも繰り返し使用可能だ。また、電気細菌は、電子を渡し自身は変化しないため、餌となる有機物さえ共有し続ければ長期間生育することができる。

このように、低コストで簡便なリチウム回収技術の条件が揃っているのだ。

「今回の成果は、簡便に海水からリチウムを回収できるという技術の開発だけでなく、これまでは金属や半導体などに電子を与えるのみと考えられていた電気細菌が、インターカレーション反応を駆動するという、電気細菌の活用が期待できる新たな材料としての扉も開くことができました。

今後は技術の実用化を目指すとともに、電気細菌とインターカレーション材料がどのように作用しているのかを調べ、新たな材料や技術としての可能性を探っていきたいです」（岡本研究員）。

（※）スピネル型構造：AB2X4型の無機化合物にみられる典型的な構造の一つ。この構造をもつマンガン酸リチウムは、マンガン系リチウム電池の正極材料として使われている。