ノースボルト、ナトリウム･イオン電池を欧州市場に投入
Northvolt to Bring Sodium-Ion Batteries to European Market
By Anthony King
https://www.chemistryworld.com/ 2023.11.30
スエーデンの企業がエネルギー貯蔵用の安価で持続可能な電池材料を強調
ノースボルトはヨーロッパで定置型エネルギー貯蔵用の商用ナトリウム･イオン電池を発売した。この開発は、ほとんどの業界関係者がこの技術を期待していたよりもはるかに早く行われた。
スエーデンの電池メーカーは、セルにはリチウム・ニッケル・コバルト、グラファイトが含まれていないことを強調した。ノースボルトは、同社の電池はリチウム・イオン電池よりも安全でコスト効率も高いと述べた。研究パートナーであるアルトリスと共同で開発されたこの電池は、硬質炭素のアノードと、有名なプルシアン・ブルーのペイント顔料の派生物であるプルシアン・ホワイトをベースにしたカソードを使用している。同社はこれらの材料を使用した電池を初めて市場に出すと述べた。
このセルはスエーデンのヴェステロースにある同社の研究開発キャンパスで、1 kg当たり160 Wh/kgを超えるエネルギー密度を達成した。「エネルギー密度は実用的である。」とイギリスのインペリアル・カレッジ・ロンドンの電池化学者ビリー・ウーは言うが、高ニッケル電池のリチウム・イオン電池が達成できる値(約250～270 Wh/kg)には程遠い。約160 Wh/kgの密度は、安価なリン酸鉄リチウム電池に匹敵する。
ナトリウム･イオン電池の生産はアジアが中心で、中国の電池メーカーCALTが先陣を切っている。しかし、ヨーロッパの生産者もそれほど遅れをとっていない。スエーデンのウプサラ大学の材料化学者ダニエル・ブランデルは、「ノースボルトがヨーロッパでこの開発の先頭に立っていることに驚きはしない。」と語る。「しかし、これほど早く進むとは驚いた。」
ノースボルトの第一世代ナトリウム電池は主に定置型エネルギー貯蔵用に設計されているが、同社は将来の世代は車両に適していると予想している。これは、スエーデンのシェレフテオにあるギガファクトリーで製造されるノースボルトの乗用車用リチウム・イオン電池製品を補完するものとなる。「ナトリウム･イオン電池の製造プロセスは、まったく異なるプロセスを持つ全固体電池とは異なり、リチウム・イオン生産ラインに組み込まれる。」とウーは言う。
プルシアン・ホワイト正極の主な利点はナトリウム、鉄、シアン化合物の組み合わせをベースにしており、ニッケル・マンガン・コバルト・リチウム・イオン電池よりも比較的安価で持続可能な材料で製造できることである。ブランデルは層状金属酸化物などのナトリウム･イオン電池用の他の正極材料には同じ持続可能性とコスト上の利点がないが、ポリアニオン性化合物は電気化学的性能が劣ると説明する。
「プルシアン・ブルーの類似物質は、ナトリウム･イオンを保持するのに非常に優れており、イオンが(充放電中に)出入りすることができる。」とブランデルは言う。「構造が崩壊することなくナトリウムを可逆的に抽出できるため、堅牢になる。」対照的に層状金属酸化物陰極の内外でイオンが繰り返し移動すると、体積の膨張、層の移動、および徐々に劣化が生じる可能性がある。
もう1つの潜在的な利点は、完全に放電すると電池が劣化する可能性があるため、リチウム・イオン電池は通常50～70％充電された状態で保管および輸送されるのに対し、ナトリウム･イオン電池は充電せずに保管できることである。これが市販のナトリウム電池にも当てはまれば、安全性に多くの利点がもたらされる。
ヨーロッパの電気自動車メーカーは依然としてエネルギー密度が高く、航続距離が長いためリチウム・イオン電池を好んでいるが、アジアの企業は都市用自動車用のナトリウム･イオン電池を検討している。「ナトリウム･イオン電池が極めて急速に充電できることを示す研究がいくつかある。」とウーは言う。「電池パックを小さくすることもできるが、その分少し重くなるが、急速充電して街中で使用できる。」
CATLは今年初め、同社初の量産ナトリウム･イオン電池が奇瑞汽車の電気自動車に搭載されると発表した。その後、電池会社BYDが中国徐州市に年間30 GWhの自動車用ナトリウム電池工場を建設すると報じられている。一方、日菜電池は、エネルギー密度140 Wh/kg、航続距離252 kmのナトリウム･イオン電池を搭載したプロトタイプ車を中国で披露している。
ナトリウム･イオン電池のこれほどの急速な発展は「予想されていなかった」とブランデルは言う。「北アメリカとヨーロッパの技術ロードマップでは、2025年以前ではなく、2030年に近い時期にこの開発が行われていた。」材料の進歩によりこれが可能となった。「現代の硬質炭素は、容量とサイクル可能性の点で、数年前よりもはるかに優れている。」とブランデルは言う。硬質炭素はバイオ廃棄物や林業残渣など、さまざまな原料から製造できる。一方、中国は最近、リチウム・イオン電池の負極に最適な材料である黒鉛の輸出に制限を導入した。
ナトリウム･イオン電池の加速は、リチウム・ニッケル・コバルト、銅、希土類元素、グラファイトなどの重要な原材料を減らして電気自動車を製造する取り組みの一環でもある。例えば、自動車メーカーはモーターの磁石に含まれる希土類元素を削減または排除しようとしている。「持続可能性の点では、このタイプの電池には多くの利点がある。鉄とナトリウムで製造できるため、重要な成分が必要ない。」とブランデルは言う。」
