さようなら、紛争鉱物：アメリカが初の
ナトリウム･イオン電池工場を取得
Buh-Bye, Conflict Minerals: US Gets First Sodium-Ion Battery Factory
By Tina Casey
https://cleantechnica.com/
リチウム・イオン電池は2000年代初頭以来、再生可能エネルギーへの移行の主力となってきたが、世界は変化しており、エネルギー貯蔵も同様に変化している。研究者達は、従来のリチウム・イオン電池を悩ませる可能性があるサプライチェーンの問題を回避しながら、高レベルの性能を提供する新しいナトリウム･イオン電池の配合に注目しており、今そのすべての努力が報われ始めている。
Natronの新しいナトリウム･イオン電池が登場
最新のナトリウム･イオン電池ニュースでは、4月29日、アメリカの新興企業Natron Energy社がミシガン州オランダの工場でスタート・ボタンを押し、アメリカ初の商業規模のナトリウム･イオン電池生産を発表した。
やや皮肉なことに、新工場はかつてのリチウム・イオン電池工場を再利用したものである。Natronは､この改造により年間600 MW相当の新しいナトリウム･イオン電池が生産されると期待している。
電気自動車ファンの皆さん、今はポンポンをしまって下さい。新しい工場はまず、爆発的に増加するデータ・センターのエネルギー貯蔵ニーズに対応する。特にNatronは、AIテクノロジーの同様の爆発的な成長により、アメリカのデータ・センターにおけるエネルギー貯蔵と24時間年中無休の電力に対する需要がさらに高まると予想している。
600 MWは単なる手始めに過ぎない。Natronはまた、オランダ工場が将来のギガワット工場のモデルとなり、通信分野だけでなくオフロード産業用車両や電気自動車の急速充電ステーションなどの追加市場も視野に入れていると期待している。
新型ナトリウム･イオン電池に多くの支援が
次の電気自動車にナトリウム･イオン電池を期待している場合は、しばらく待たなければならないかもしれない。一方、Natronの技術は大規模なエネルギー貯蔵の要件に適合する。Clean Technicaが初めてデータ・センターの角度に注目したのは2020年7月で、そのとき同社はABB Technology Ventures、NanoDimension Capital、Volta Energy Technologiesから3,500万ドルの新たな資金調達ラウンドを発表した。
「新しい投資家がChevron、Khosla Ventures､PreludeとともにNatronの名簿に加わったため、事態は順調に進んでいるように見える。」と我々は指摘した。「Natronは、エッジおよび分散コンピューティングから大規模なデータ・センターや通信インフラに至るまで、幅広い規模でその範囲を拡大する予定である。」とも述べている｡
アメリカエネルギー省も、新しいナトリウム･イオン電池工場を褒めることができるであろう。2020年9月、同社は新工場の建設を目指すハイリスク・ハイリターンのプロジェクトへの資金提供として、エネルギー省ARPA-事務局から1,990万ドルの賞金を受け取った。
「このプロジェクトはNatron Energyのプルシアン・ブルー電極ナトリウム･イオン電池の生産を年間30倍の18,000トレイにスケールアップし、6ヶ月間継続的に生産および販売することで、結果として生じるサプライチェーンと製品のリスクを完全に回避することを目的としている。」とARPA-Eは説明した。同事務所はまた、同社の 8キロワット、50ボルトの電池トレイは主にデータ・センターのピーク負荷を管理し、緊急バックアップ電力を提供するように設計されているが、電気自動車の急速充電ステーションや送電網スケールの貯蔵などの新興市場もターゲットにしていると指摘した。
「Natronのトレイは、既存の製品に比べて最大2倍高い電力密度と10倍長いサイクル寿命をデータ・センターのオペレーターに提供するとともに、優れた安全性能を提供する。」とARPA-Eは付け加えている。
ナトリウム･イオン電池をより良くする
19世紀の作家で地質学の愛好家であるジュール・ヴェルヌは1870年の小説「海底20,000マイル」の中で、ネモ船長の潜水艦に電力を供給するためにナトリウム電池を調理したことは有名である。時間はかかったが、ナトリウムにやっと時間ができた。
銀白色の金属元素であるナトリウムの背後にある持続可能性の要素が、ナトリウム･イオン電池への関心を高めている。しかし、無料のランチなどというものは存在せず、未来の電池は近年まで実現できなかった。
ナトリウムはリチウムよりもはるかに豊富であるが、はるかに重い。電気自動車のエネルギー貯蔵という点では、走行距離ではリチウムがナトリウムを上回る。他方で、ナトリウムとリチウムの間の「化学的関係」は電池の研究に役立つ。「一方でナトリウムとリチウムの間の「化学的関係」は、電池の研究に役立つ。「ナトリウムは元素の周期表でリチウムのすぐ下にあり、化学的挙動は非常に似ていることを意味する。」と、つい先週のPhysics Magazineは有益に説明した。「その化学的な関係により、ナトリウム･イオン電池は設計と製造技術の点でリチウム・イオン電池の「後追い」が可能になる。」と彼らは付け加えた。
長年エネルギー貯蔵研究を行なっているフランス大学のJean-Marie Tarasconはさらに積極的であった。「ナトリウム・イオン技術は実際にはリチウム・イオン技術のクローンである。」と彼はPhysics Magazineに語った。
重量の他に、もう一つの課題は寿命である。エネルギー省の太平洋北西部国立研究所は2022年にこの問題を説明し、ナトリウム･イオン電池の正極の保護膜が時間の経過と共に劣化するという弱いつながりがあると説明した。「このフィルムは電池寿命を維持しながらナトリウム･イオンの通過を可能にするため、非常に重要である。」と研究室は説明した。
リチウム・イオン電池も劣化するが、一般的ななでははるかに早く劣化する。膜を安定させる電解質配合の開発は、常に目標となっている。Natronはその目標を達成するという使命を持って2012年に発足し、10年あまりを経てどうやら製鋼したようである。
電気自動車の角度
ナトリウム･イオン電池は比較的低コストであるため、高価で長距離の急速充電電池を必ずしも必要としない地域電気自動車、セカンドカー、その他の短距離用途に迅速に導入する機会も開かれる。さらに、他の電池イノベーターは、高速道路に適した電気自動車においてリチウム・イオン技術をナトリウム･イオンに置き換えることに取り組んでいる。スエーデンの新興企業Northvoltも最初に参入した企業の1つであり、電気自動車分野での活動がさらに活発になっている。
ここでアメリカでは、エネルギー省がナトリウム・ベースのエネルギー貯蔵の革新者に援助を提供している。例えば、昨年10月、ARPA-Eはマサチューセッツ州の企業24Mテクノロジーズに電気自動車専用の新しいナトリウム･イオン電池を開発するために319万8085ドルを与えた。
「24Mのセル設計には、(1) 先進的なコバルト・フリー、ニッケル・フリーのナトリウム正極活物質で構成される超厚いセミソリッド正極、(2) 機械学習と自動化されたハイスループット・スクリーニング技術を使用して開発された先進的な広範囲温度、急速充電電解質が組み込まれ、(3) ナトリウム超イオン伝導体」をARPA-Eは説明した。
研究面では、エネルギー省のアルゴンヌ国立研究所は、リチウム・イオン電池の経験に基づいて、走行に適したナトリウム･イオン電池の新しい解決策を開発している。アルゴンヌ大学の研究チームは、電気自転車電池用のリチウム・ニッケル・マンガン・コバルト(NMC)正極材料を開発し、ゼネラル・モーターズがシボレーボルトおよびボルト車に採用した。NMC電池技術に対する商業的関心は依然として続いているが、アルゴンヌは新たな領域の開拓に着手した。
NMCアーキテクチャの鍵は、原子を層状に配置し、リチウムがより効率的に流れることを可能にすることであった。アルゴンヌ大学は、新しいナトリウム電池の研究戦略を再現している。その結果、ナトリウムの効率的な挿入と抽出を可能にする、層状のナトリウム・ニッケル・マンガン・酸化鉄フォーミュラが生まれた。「正極の配合にコバルトが含まれていないため、その元素に関連するコスト、希少性、毒性の懸念が軽減される。」と研究室は述べている｡
自動車メーカーの中でもStellantisに注目する。今年始め、同社はフランスのナトリウム･イオン・エネルギー貯蔵の革新者であるTiamatに投資したと発表した。
