戻る

再生可能エネルギー貯蔵の未来としてのナトリウム･イオン電池

Sodium-Ion Batteries as the Future of Renewable Energy Storage

https://climateadaptationplatform.com/       2023.10.16

 

　大きな変化や変動は何らかの懸念や不安を引き起こす可能性がある。世界的または国家的なクリーン･エネルギーへの移行にはインフラストラクチャーと電池の変更が必要であり、自動車、トラック、家庭、送電網に膨大な量の変更が必要である。安定して着実で持続可能な供給を得るのは政府にとって困難である。

　リチウム・イオンは、信頼性が高く、Tesla Powerwall、Generac PWRcell、LG Chemなどの主要な蓄電池製品に採用されているため、太陽電池として最適である。これらは小型の電話から2トンの電気自動車に至るまでさまざまな物に電力を供給することが電力を供給することができ、太陽エネルギーや風力エネルギーを拡大するための柱となりつつある。しかし、リチウム・イオンには欠点もある。リチウムは不足しており、最高のリチウム・イオン電池にはコバルトとニッケルが必要である。

　エコノミスト誌は、リチウム・イオン電池の主原料であるコバルトの多くはコンゴ民主共和国で採掘されており、そこでは児童労働が一般的であり、労働条件は悲惨であると指摘している。電池のもう1つの重要な要素であるニッケルも供給不足であり、陸上での採掘は環境破壊を引き起こす。海底から採取するという提案は、深海の生態系への影響から論争を引き起こしている。

　生物多様性センターによると、深海採掘は、ニッケル、銅、コバルト、マンガン、亜鉛、金、その他の希土類金属や鉱物などの鉱物を採掘するためのロボット切断機の使用による堆積物プルーム、騒音、電磁効果により、自然の地形とそこに生息する野生生物の破壊を引き起こす可能性がある。それら鉱物の多くはエレクトロニクスやリチウム・イオン電池の材料に使用されている。

　幸いなことに、利用可能な選択肢はリチウム・イオンだけではない。ナトリウム･イオンは再生可能エネルギー蓄電池の次の目玉として多くの可能性を秘めている。特に中国では、電気自動車や再生可能エネルギー蓄電池用のナトリウム･イオン電池の製造や探求を検討し始めている企業や工場が増えている。

 

ナトリウム･イオン電池のメリット

　ナトリウムはリチウムと同様、周期表の第一族に属するアルカリ金属である。どちらも同様の特性を持っているため、研究者達はリチウムと同じ時期である1970年から1990年にかけて電池貯蔵用のナトリウムを研究した。

　しかし、リチウムはナトリウムよりも商業的に成功しており、最近ではリチウム・イオン電池に代わるより持続可能で環境に優しい代替品を探すことに関心が集まっており、これまで後者は後回しにされてきた。

　ナトリウムは豊富なミネラルである。エコノミスト誌は、「海水中の塩の中に含まれるナトリウムは、地球上にリチウムよりも数千倍豊富に存在し、安価に入手できる」と述べている。現在、電池の製造にナトリウムを使用している企業のほとんども中国企業である。しかし、西側でこの技術を追求することは、リチウムに大きく依存するよりもエネルギー安全保障への確実な道かもしれない。」

　ナトリウム･イオン電池は、リチウム・イオンとは対照的に、豊富で議論の余地のない鉄とマンガンから作られた電極を使用する。化学部品は安価であるため、規模が拡大した産業はリチウム電池よりも低コストの電池を生産できるはずであると記事は付け加えている。

　ナトリウム･イオンの唯一の欠点は、リチウム・イオンよりも重いことである。つまり、ナトリウム電池は同等の容量のリチウム電池よりも重くなり、軽さが重要な基準となる場合には除外される可能性がある。それでも、送電網貯蔵や家庭用電池など、重量が関係ない用途に関しては、ナトリウム･イオンは再生可能エネルギー蓄電池として非常に多くの可能性を秘めている。

　Phys.orgの記事では、高性能ナトリウム･イオン電池の設計に方向性を与える可能性のある、高エネルギー密度を備えた新しいタイプの電極材料を発見したオーストラリアとフランスの科学者による共同作業の結果について特集している。先進的なナトリウム･イオン電池は、大規模エネルギー貯蔵に使用できる可能性がある。

　以下はＧＥPのナトリウム電池とリチウム電池の違いの概要である：

ナトリウム･イオン電池

リチウム・イオン電池

ナトリウムはリチウムの500倍以上豊富に含まれている。海水から安価に抽出できる。

リチウムの入手可能国は数ヶ国に限定されているため、2021年以降、価格は7倍以上に上昇している。

より環境に優しく、ゼロボルトで輸送できるため。いり安全である。

ナトリウムよりも環境に優しくなく、常に最小限の充電で保管する必要があるため、火災の危険性が高まる。

銅よりも安価なアルミニウムを使用している。

ナトリウム電池に使用されるアルミニウムよりも3～4倍高価な銅が使用されている。

より高い動作温度範囲を持っている。熱暴走の危険なしに、より極端な温度で使用できる。

動作温度範囲が低く、高温で動作させると火災を引き起こす可能性がある。

リチウム・イオン・タイプよりも充電が速く、ライフサイクルが3倍長くなる。

　

　

　           ナトリウム電池の唯一の欠点は、始動が遅いことである。エコノミスト誌によると、「リチウム・イオン電池は1990年代に初めて商品化され、数十年にわたる投資の恩恵を受けてきた。しかし、いずれにせよ、世界の他の国々は両方の面で中国に遅れを取っている。アメリカと欧州連合は、膨大なグリーン産業補助金プログラムを発表した。彼等が電池に資金を提供することを決意した場合、ポットの一部はナトリウムに回されるはずである。」