リチウムの供給不足の中で希望をもたらす全固体電池と
ナトリウム･イオン電池
Solid-State and Sodium-Ion Batteries Spark Hope amidst the Lithium Supply Crunch
By Muthu Krishna
https://www.energy-storage.news/ 2023.09.18
電気自動車やエネルギー貯蔵システムの需要の急増に伴い、将来のリチウムの入手可能性とコストに対する懸念が高まっている。これに応じて、全固体電池やナトリウム･イオン電池など、代替電池の家電製品に焦点が移ってきている。
今後の10年間で電池GWh需要の46％は乗用電気自動車によるものとなり、これらの革新的な技術により、リチウムやその他の主要な電池材料への依存が軽減される可能性がある。
リチウム・イオン電池の従来の液体電解質およびポリマー・セパレターとは異なり、固体電池はアノードとカソードの間に固体電解質を使用する。研究中の固体電解質は、無機固体電解質、固体高分子電解質または有機電解質、および複合高分子電解質の3つのカテゴリーに分類される。
リチウム金属アノードを備えた真の固体セルは、今日の現在の電池技術を大幅に改善する可能性を秘めている。これらは、エネルギー密度の向上、より高速な充電、安全性の向上、より長い寿命を提供し、重要なことに成熟すれば電池パックのコストを削減できる可能性がある。
ナトリウム･イオン電池もリチウム・イオン電池の潜在的な代替品として浮上しており、中国のOEMやESSプロバイダーはナトリウム･イオン電池を使用して2023年に開始される一連のプロジェクトを発表している。ナトリウムはリチウムよりも豊富に存在するため、特にリチウム価格が高騰する可能性が高いリチウム不足の時期には、リチウム・イオン電池の代替となる可能性がある。
今後の課題
リチウム・アノード固体電池の場合、特に急速充電条件下でのリチウム・デンドライトの形成は電池の寿命に影響を与える。固体電解質は液体電解質ほどリチウム・イオンに対して伝導性が高くないため、電池の電力とエネルギーの両方に影響を与える。
全固体電池が効果的に機能するには高温と外部圧力が必要であり、パック設計がさらに複雑になる。最後に、固体電池は費用対効果の高い大量導入を可能にするために、高い製造精度と多くの技術革新を必要とする。
ナトリウム・イオン技術は開発の初期段階にあり、エネルギー密度、サイクル寿命、性能の面で課題に直面している。こうしたハードルにもかかわらず、電気自動車、二輪車、三輪車、エネルギー貯蔵システム、向けのナトリウム･イオンの可能性を探る研究が続けられている。当社は、エネルギー貯蔵システム、が、特にナトリウム･イオン電池製造の拠点である中国において、短期的にはナトリウム･イオン電池需要の最も重要な供給源になると考えている。
また、特定のナトリウム･イオン電池特性により、セルは電気自動車よりもエネルギー貯蔵システムでの使用に適している。セルの重量とエネルギー密度の低下は、セルを容易に積み重ねることができるエネルギー貯蔵システム・プロバイダーにとっては電池重量が車両に与える影響によって制限される。
また、ナトリウム･イオン電池は放電率が高いため、長期間のエネルギー用途にとって魅力的な選択肢となる一方、リチウム・イオンよりも広い温度範囲で動作できるため、より極端な温度範囲の影響を受ける地域では魅力的であることにも注目する。
しかし、エネルギー貯蔵システム開発者の間では、短期的にはナトリウム･イオンの化学反応を導入することに躊躇していることにも注目している。現在、業界はまだ初期段階にあり、この分野を拡大するために大規模な投資が行われているため、インテグレーターや開発者は設備投資や運用コストを最小限に抑える低コスト、低リスクの電池を求めている。
リン酸鉄リチウム電池は、手頃な価格と信頼性により、現在、エネルギー貯蔵システムで最も人気のある電池であり、世界中のプロバイダーによってさまざまなプロジェクトで試行され、テストされている。
将来のリチウム需要への影響
固体研究における画期的な成果は定期的に発表されており、最新のものではトヨタが2027年までに自社の電池重量に使用する固体電池を量産する計画を立てている。しかし、ほとんどの発表には物理的な試験データが伴っていないため、発表が困難となっている。制作スケジュールを額面通りに受け入れて下さい。
固体電池はまだ開発段階であり、商品化や普及はまだ実現していない。これらの電池が最終的にどのように見え、どのような構成になるかが不確実であるため、材料需要をモデル化することが困難になる。
ナトリウム･イオン電池の場合、この化学物質は2033年までに世界の電気自動車市場の3％、エネルギー貯蔵システム市場の9％を占めると予想される。我々は長距離走行車両が人気のある電気自動車用途の需要が中国に集中すると予想されている。
エネルギー貯蔵システムによるこの化学物質の導入は中国で始まり、電池がリチウム・イオンと比較して操業能力効率性とコスト競争力を示すと、海外に拡大することになる。
電池技術の正確な軌道を予想することは複雑であり、進行中の研究開発、商業的実現可能性、製造の拡張性、市場の需要に左右される。リチウム金属固体電池とナトリウム･イオン電池は次世代エネルギー貯蔵として有望であるが、その採用スケジュールは異なる。
これらの新しい技術が登場しても、将来のリチウム・イオン電池は進歩し続け(例えば、リン酸マンガン鉄リチウム電池など)、市場での地位を維持している。不確実性にもかかわらず、電気自動車、エネルギー貯蔵システム、その他の分野からの需要は非常に堅調であるため、複数の電池技術が共存し、それぞれが異なる用途に対応することになる。
