ナトリウム･イオン電池はエネルギー貯蔵産業を多様化する
Sodium-Ion Batteries Will Diversify the Energy Storage Industry
By Shazan Siddiqi
https://www.idtechex.com/ 2024.01.10
なぜナトリウムにこだわるのか？
ナトリウム･イオン電池は、従来のリチウム・イオン電池に比べて潜在的なコスト、安全性、持続可能性、性能特性があるため開発されている。これらの電池は、広く入手可能で安価な材料で作ることができ、ナトリウムはリチウムよりもはるかに豊富である。さらに、ナトリウム･イオン電池は、リチウム・イオン・セルで使用される銅の代わりにアルミニウムをアノード電流コレクターに使用できる。これにより、最終的にサプライチェーンのリスクが軽減される。さらに、ゼロボルトで保管できるため、輸送中のリスクが少なく、リチウム・イオン電池よりも安全である。従来のリチウム・イオン電池は、通常、約30％の充電状態で保管される。また、ナトリウム･イオン・システムで使用される電解質は、通常、リチウム・イオン電池システムよいも引火点が高く、可燃性のリスクが軽減される。もう1つの利点は、ナトリウム･イオン電池の製造プロセスがリチウム・イオンのプロセスと非常に似ていることである。つまり、この技術のスケールアップは、既存のリチウム・イオン電池生産ラインの恩恵を受けることができる。ID TechExの新しいレポート「ナトリウム･イオン電池2024-2034:テクノロジー。プレーヤー、市場、予測」では、この新興産業について詳細に説明している。
さまざまな性能特性を比較すると、各電池化学の一般的な長所と短所がすぐに分かる。ナトリウム･イオン電池のエネルギー密度は、ニッケルを使用する高エネルギー・リチウム・イオン・セルよりもまだ低いが、高出力リン酸鉄リチウム電池のエネルギー密度に近づいている。セルのサイクル寿命は構成によっては妥当であるが、画像には示されていない興味深い要素の1つは、ナトリウム･イオン電池が約1000 W/kgという非常に高出力の特性を持つ可能性があることである。これは、ニッケル、マンガン、コバルト電池(約340-400 W/kg)およびリン酸鉄リチウム電池(175-425 W/kg)セルよりも高い値である。また、低温性能も優れている。
ナトリウムはリチウムよりも重い元素で、原子量はリチウムの3.3倍である()ナトリウム23 g/molに対してリチウム6.9 g/mol)。しかし、電池内のリチウムまたはナトリウムはセル質量のわずかな部分しか占めず、エネルギー密度は主にセル内の電極材料やその他のコンポーネントによって決まることに留意することが重要である。したがって、現在のナトリウム･イオン電池のエネルギー密度は比較的低いが、今後数年間で増加する可能性がある。
コスト比較
ナトリウム･イオン電池の使用に関する主な論拠の1つは、コストが低いことである。大規模に製造した場合、層状金属酸化物カソードと硬質炭素アノードを備えたナトリウム･イオン電池は、リン酸鉄リチウム電池よりも材料コストが約25～30％低くなると推定されている。これをもう少し詳しく説明する
と、ナトリウム･イオン・セルとリチウム・イオン・セルの主な違いの2つは、リチウムと銅を安価なナトリウムとアルミニウムに置き換えることである。これにより、約12％のコスト削減が実現するが、そのほとんどはアルミニウム電流コレクターによるものである。前述のように、セルのコストの大部分は電極材料によって決まる。硬質炭素は、最も人気のあるアノード材料の1つとして浮上している。しかし、硬質炭素はリチウム・イオン電池で使用されるグラファイトよりも密度が低いため、同じ量の活性物質に対してより多くの電解質を使用する必要があり、コストと質量が増加する。さらに、硬質炭素は一般に天然グラファイトよりも高価であり、一部の硬質炭素はグラファイトよりも性能が低い。
ID TechExのレポートでは、さまざまなリチウム・イオン電池とナトリウム･イオン電池の構成のコストを比較し、潜在的なコスト上の利点があることが判明しているが、正確な数値は使用されている化学物質に大きく依存する。短期的には、ナトリウム層状金属酸化物カソードと硬質炭素アノードを備えた電池になる可能性が高いが、将来的にはカソードが改善される可能性があり、将来のアノードにはより高い比容量を持つリンの混合物が使用されると予想されている。材料価格は変動し、将来の材料の性能については依然として不確実性があることに留意することが重要である。
ナトリウム･イオン化学は、すべての用途に答えるものではないことは確かであるが、多くの用途において、既存および将来のリチウム・イオン技術を置き換えるのではなく、補完するのに適している。ID TechExの新しいレポート「ナトリウム･イオン電池2024-2034:技術、プレーヤー、市場、予測」では、業界の25社以上のプレーヤーを取り上げ、詳細な10年間の予測、特許分析、材料およびコスト分析が含まれており、この新興のリチウムを超える技術のターゲット市場を特定している。
