ナトリウム･イオン電池は電気自動車の解決策となるか？
Are Sodium-Ion Batteries the Solution for EVs?
https://www.innovationnewsnetwork.com/ 2024.04.03
代替技術は電気自動車電池メーカーが直面している最大の課題のいくつかを克服する機会を提供する。イギリス先進推進センターの技術動向責任者であるHadi Moztarzadeh博士は、ナトリウム･イオン電池がリチウムの人気を駆逐する可能性があるかどうかを振り返っている。
電気自動車業界は、よりクリーンで持続可能な未来に向けて持続的に推進しており、この変革の中心となるのはエネルギー貯蔵技術の選択である。電気自動車の動力源としては、主にニッケル・マンガン・コバルトを中心とするリチウム・イオン電池が長年にわたり主要な選択肢となってきたが、ナトリウム・イオン技術の出現により、興味深い代替化学が導入された。
ナトリウムの支持者らは、この技術が安価で環境に優しく、リチウム・イオンよりもサプライチェーンの問題が少なく、調達が容易であると宣伝してきた。しかし、真実はそれほど単純ではない。「自動車用電池のバリューチェーン」と題した当社の最近のレポートでは、ナトリウム･イオンの利点のいくつかを掘り下げて、この技術が現在および長期的にイギリスのメーカーにとってどれほど役立つかを確認した。
サプライチェーン・リスクの軽減
ナトリウム･イオン電池は豊富なナトリウムを利用しているが、この技術の全体的な費用対効果には未解決の問題が残っている。ナトリウム･イオン電池に関連する材料の製造工程は、リチウム・イオン電池と同等のコストを達成するために最適化する必要がある場合がある。
一般的なリチウム・ベースの技術に含まれる重要なミネラルの量(ニッケル・マンガン・コバルト電池の総重量の30％にもかかわらず達する可能性がある)を考慮すると、排除できる。または少なくとも大幅に削減できる代替手段はすべて満たされることになる。業界別の関心を集めている。それは、部分的には、使用される原材料のコストの削減に役立ち、それによって製造業者の利益率が向上し、および／または最終消費者にとっての車両のコストが低下し(おそらくその両方)、従来の内燃機関車両と比較して、より競争力のある価格帯を実現する。
電気自動車はすでに内燃機関車両に比べて初期費用が高いという課題に直面しているため、コストの削減は広範な普及に向けて歓迎される恩恵となるであろう。イギリスの産業にとっての議論にさらに加わるのは、サプライチェーンのリスクと輸出マイルの削減である。報告書によると、中国は2025年までに世界のリチウムの供給と加工の最大3分の１を管理し、他の多くの重要な鉱物や希土類元素でもトップシェアを握る可能性がある。
新型コロナウイルス感染症のパンデミックによって明らかになったように、これはサプライチェーンに重大な問題を引き起こす可能性がある。一方、ナトリウムははるかに豊富な元素であり、電池グレードの材料として加工するのにコストがかからないため、イギリスは独自に生産および加工するか(物理的にも経済的にも)、より緊密なパートナーから調達する可能性がある。したがって、輸送コストの節約などによりコストがさらに削減され、サプライチェーンのリスクが軽減される。
さらに、ナトリウム･イオン電池は陽極の化学的性質が異なり、それぞれベースライン・コストが異なるが、一般にkWh当りの総材料費はリチウム・ベースの化学的性質よりも低くなる。ナトリウム･イオン電池の材料コストは、リチウム・イオン電池に比べて安定していると予想される。
しかし、イギリス先進推進センターの報告書が示すように、それは表面的に見えるほど単純ではない可能性がある。
ナトリウム･イオン電池の懸念
ナトリウム･イオン電池に関する主な懸念の1つは、電気自動車の航続距離を決定する重要なパラメーターであるエネルギー密度である。定評のあるリチウム・イオン電池と比較して、ナトリウム･イオン電池はエネルギー密度が低い傾向がある。
エネルギー密度が低いと、ナトリウム･イオン電池を使用する電気自動車の航続距離が短くなり、頻繁に充電せずに長距離を移動するのには実用的ではなくなる。これにより、自動車業界全体で現在、ナトリウムを使用できる用途が制限される。
以下のグラフが示すように、現状ではナトリウム・ベースの化学物質などの低コストの化学物質に対する需要は、二輪車や三輪車の市場や配送車などの都市用ユーティリティ車から来る可能性がある。リン酸鉄リチウム電池などのリチウム・ベースの技術は、大部分の用途、特に大量生産の自動車やバンのニーズを満たす。
したがって、全体としてナトリウム･イオン化学とリン酸鉄リチウム電池化学のコスト差は非常に小さい可能性がある。リン酸鉄リチウム電池の潜在的な性能上の利点を考慮すると、コストの違いによってナトリウム･イオンが明らかに勝者になるわけではない。
ナトリウム･イオン電池のエネルギー密度を高めるための研究開発が進められているが、リチウム・イオン電池と同等、あるいはそれを超えるレベルを達成することは依然として困難な課題である。このハードルが克服されるまでは、特に航続距離の延長が最優先事項である用途において、電気自動車へのナトリウム･イオン電池の広範な採用は制限される可能性がある。
しかし、それが永遠に続くというわけではない。特に、今後何年にもわたって自社の運用を保証する選択を行なう場合、技術が開発および改善さえるにつれて、製造業者にとって興味深く複雑な決定が生じることになる。
サイクリングと充電の重要性
効率的な充電および放電レートは電気自動車の実用性にとって不可欠であり、迅速な燃料補給(または再充電)が消費者に受け入れられるための重要な要素となる。ナトリウム･イオン電池は有望であるが、リチウム・イオン電池の急速充放電の期待をまだ満たしていない可能性がある。ナトリウム･イオン電極の反応速度には固有の制限があるため、充電速度と放電速度が遅くなる可能性がある。
ナトリウム･イオン電池が電気自動車の競争力のある選択肢になるためには、充電と放電の反応速度を最適化するために大幅な進歩が必要である。この分野の改善は、迅速かつ便利な充電を優先する消費者にとって、ナトリウム･イオン電池をより魅力的な物にするであろう。
ナトリウム･イオン電池は本当に環境に良いか？
ナトリウム･イオン電池の主な魅力の1つは、採掘や生産が環境上困難であるとよく言われるコバルトやリチウムなどの重要な鉱物の削減または排除であるが、それはナトリウムがこの分野でそれ自体の課題に直面していないことを意味するわけではない。
ナトリウムは豊富に存在し、広く入手可能であるが、高性能の陽極や陰極など、ナトリウム･イオン電池で使用される特定の材料は、拡張性や資源入手の困難に直面する可能性がある。電気自動車の需要の高まるにつれて、ナトリウム･イオン電池生産の拡張性が広範なエネルギー貯蔵解決策としての実現可能性を決定する重要な要素となる。
さらに、ナトリウム･イオン電池で使用される特定の材料の抽出と加工は、リチウム・イオン電池が直面するような環境上の課題を依然として引き起こす可能性がある。原材料の入手可能性の点で、ナトリウム･イオン電池はリチウム・イオン電池よりも環境に優しい代替品であることは事実であるが、全体的な環境への影響については慎重に考慮する必要がある。
これを念頭に置いて、先進推進センターは昨年、「電池寿命後のリサイクル・バリューチェーン・レポート」で今日の電気自動車業界に使用されている多くの重要な材料のライフサイクルを調査した。
リチウムには先行者利益がある
将来ナトリウム･イオンを採用するために乗り越えなければならない大きなハードルの1つは、単純に「知名度」である。利点が明確に示されている場合、企業は新しい進歩を積極的に利用する傾向があるが、次のような技術については言うべきことがある。現在のリチウムと同様に、試行され、テストされ、信頼されている。
ナトリウム･イオンはリチウム・イオンに比べてまだ開発の初期段階にある。技術の成熟度は、消費者向けの製品、特に信頼性と性能が交渉の余地のない電池寿命のような分野にうまく組み込まれるために非常に重要である。
電気自動車へのナトリウム･イオン電池の市場採用は、技術的課題の解決の成功、エネルギー密度の向上、強力なサプライチェーンの発展などの要因に左右される。現時点では、リチウム・イオン電池は技術の成熟度や市場での受け入れと言う点で大幅にリードしており、ナトリウム･イオン電池にとっては克服すべき大きな障壁となっている。
ナトリウム･イオン電池の将来はどうなるか？
ナトリウム･イオン電池が電気自動車の代替エネルギー貯蔵解決策として有望であることは明らかであるが、課題や限界がないわけではない。エネルギー密度、充放電率、材料の入手可能性、技術の成熟度、コストの考慮、環境への影響などの問題は、電気自動車分野で主流の選択肢となるためには解決しなければならないハードルとなる。
これらの課題を克服し、ナトリウム・イオン電池技術の可能性を最大限に引き出すには、継続的な研究開発の取り組みが不可欠である。自動車業界が実現可能性への歩を続ける中、エネルギー貯蔵は進化する状況において役割を果たす可能性があるが、将来の電気自動車の動力源として競争力があり広く採用される選択肢となるためには、慎重な検討とさらなる進歩が必要である。
それまでの間、先進推進センターの「自動車用電池のバリューチェーン」レポートに示されているように、イギリスのメーカーは少なくとも短期から中期的にはリチウム・イオン技術、特にニッケル・マンガン・コバルト電池とリン酸鉄リチウム電池への投資を継続することが有益であろう。
