ナトリウムのロージウム：ナトリウム･イオン電池はなぜ
魅力的なのか？
A Loadium of Sodium: Why Are Sodium-Ion Batteries Exciting?
By Ellen Phiddion
https://cosmosmagazine.com/ 2023.07.03
より安価で、環境に優しく、より安全の輸送できるナトリウム･イオン電池は、将来、さまざまな場所でリチウム・イオン電池に取って代わる可能性がある。
ナトリウムは、リチウムほどエネルギー密度は高くないが、リチウムよりも豊富に存在するため、電気を供給し続けるにつれて貴金属にかかる負担の多くを取り除くことができる。
コスモスはクイーンズランド州の極北にあるケアンズで、グリーンで持続可能な化学と工学に関する第1回オーストラリア会議に出席し、メルボルンのディーキン大学の研究者Maria Forsyth教授とナトリウム･イオン電池の将来について話し合った。
ナトリウム･イオン電池とリチウム・イオン電池はどの程度似ているか？
「ナトリウムは周期表の同じ列にあり、リチウムの1つ下にある。」とForsythは言う。「似た性質を持っているが、その原子ははるかに大きくて重く、また非常に明確な化学的違いもいくつかある。
「製造の観点から言えば、これはドロップイン技術である。リチウム・イオン電池を製造できる製造工場であれば、ナトリウム･イオン電池に置き換えることができる。」「しかし、実際の化学的な観点から見ると、電池を最適化し、現在のリチウム・イオン電池と同じ効率にするためには、まだ少しの道のりがある。」
もっと環境に優しいものにできないか？
カソード、アノード、集電体、電解質などの電池部品はすべてナトリウムとの相性に良くするために異なる材料で作られる必要がある。
Forsythと彼女の同僚の研究は、これらのコンポーネントの多くが環境に優しい可能性があることを示している。例えば、リチウム・イオン電池のアノードは、炭素ベースのグラファイトの層で最も良く機能する傾向がある。
「リチウムはこれらの層の間を移動する。ナトリウムで同じことを試みると、ナトリウムの方が大きいため、これらの層が押し広げられ、陽極が破壊される。したがって、現在、リチウムに使用しているグラファイトはナトリウムに使用できない。」とForsythは言う。
しかし、他の種類のカーボンを使用することもできる。これらのオプションの1つは、初期のリチウム・イオン電池で使用された最初の物質の1つである硬質炭素である。
「硬質炭素はリチウムに対してうまく機能しないが、ナトリウムに対しては非常にうまく機能する。そして、硬質炭素の利点は、硬質炭素を任意の数のバイオマス、できれば廃棄バイオマスから抽出できることである。」とForsythは言う。
Forsythらは現在、緑の廃棄物を燃やして得られる炭素から作られたナトリウム電池の陽極の開発に取り組んでいる。
「形成された残留炭素は、ナトリウム電池で使用できるように最適化および調整できる。」とForsythは言う。
彼等はバイオ炭素や廃棄繊維から有用な炭素を取り出そうともしている。
電池内で交換可能なもう1つのポイントは、電池集電装置である。リチウム・イオン電池では、集電体として両端に異なる金属(アノードには銅、カソードにはアルミニウム)を使用する必要があるが、ナトリウム･イオン電池ではどこでもアルミニウムを使用できる。これにより、短絡が発生しても電池自体が放電することはないため、電池の輸送がより安全になる。
アルミニウムは、より安価でより持続可能な金属であり、軽いためナトリウム･イオン電池が失うエネルギー密度の一部を占める可能性がある。
次に、液体電解質がある。リチウム・イオン電池では、これは揮発性の炭素ベースの液体に溶解していることがよくある。これらの液体はその役割には適しているが、製造中に可燃性ガスが発生する可能性があるため、ガスを除去するためにプロセスを遅くする必要がある。
Forsythによると、ナトリウム･イオン電池は固体電解質を使用でき、同じ安全性リスクがないため、はるかに早く適用できる。
では、ナトリウム車はいつ入手できるか？
ナトリウムはより重い原子であるため、リチウム・イオン電池はおそらく常にエネルギー密度が高くなる。「おそらく、ナトリウム･イオン電池を使用して高級モデルのテスラを運転することは当分ないであろう。なぜなら、車から何キロも離れられないからである。」とForsythは言う。飛行機やその他の用途でも同様で、重量が1グラム毎に影響を及ぼす。」
「しかし、定置型蓄電、電動工具、家庭用蓄電池、コミュニティ電池など、基本的に一定量のエネルギーに対して多少の重量増加が気にならないものであれば、ナトリウムの方が良い選択肢になる。」とForsythは言う。
「それはより持続可能であり、最終的にはより安価になる。」
Forsythは、完全な商業化まであと5年ほどかかると考えているが、中国のHiNa社やCATL社など、一部の企業はすでに数年前からナトリウム電池を製造していると述べた。
また、リン酸鉄リチウムやリン酸バナジウム・リチウムなどのリチウム・ベースの非イオン電池も、リチウムをより安価で豊富なナトリウムに切り替える可能性がある。
「我々がリチウムから学んだことはすべて、ナトリウムに関しても役立っている。」とForsythは言う。
「我々はゼロから始めるわけではない。」
