塩電池革命が目前に迫っている
Salt Battery Revolution on the Horizon
By Team IO
https://innovationorigins.com/ 2023.11.16
モビリティ － ナトリウム･イオン電池は、電気およびクリーン･エネルギー革命において重要な役割を果たす可能性があり、リチウム・イオン電池に代わるより持続可能でコスト効率の高い代替品を提供する。
駒場真一教授が率いる東京理科大学のチームは、ナトリウム・イオン電池技術の商業的ブレークスルーの瀬戸際に立っている。このチームのイノベーションである高容量ナノ構造硬質炭素電極は、並外れた性能を約束し、電池業界の変革をもたらす可能性がある。リチウム・イオン電池よりも安価で安全なナトリウム･イオン電池は、極端な温度でも安定しており、過熱の危険がない。これらの電池はすでに入手可能で使用されているが、売上高ではまだリチウム・イオンに遅れをとっている。
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ハイライト
● ナノ構造硬質炭素電極を備えたナトリウム･イオン電池は、費用対効果が高く、安全なリチウム・イオン電池の代替品となる。
● 豊富なナトリウムの入手可能性と低い生産コストにより、ナトリウム･イオンはエネルギー貯蔵のための有望な解決策となっている。
● エネルギー密度は低いにもかかわらず、ナトリウム･イオン電池は現在も進歩しており、将来の電動化において重要な役割を果たしている。
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ナトリウム・イオン電池技術を理解する
ナトリウム・イオン電池技術への関心が高まっている要因は数多くある。これらの要因の中には、ナトリウム･イオンの動作原理がリチウム・イオン電池の動作原理を反映している単純さがある。ナトリウム･イオン電池の核心は、充電および放電サイクル中の電極間のナトリウム･イオンの移動で動作する。このリチウム・イオン電池との類似性により、既存の製造施設を最小限の調整でナトリウム・イオン技術に適応させることができ、様々な分野での採用が加速する可能性がある。
ナトリウム・イオン技術の進歩は、主に硬質炭素電極の開発によるものと考えられる。この形態の炭素は他のタイプよりも構造的に高密度であるため、より高いイオン貯蔵容量が可能となる。駒場教授のチームによるイノベーションには、ナノ細孔を備えたナノ構造の硬質炭素を生み出す合成戦略が含まれている。これらの細孔により、ナトリウム･イオンを貯蔵する電極の容量が大幅に増加し、それによって電池の全体的な性能が向上する。
ナトリウム･イオンとリチウム・イオン電池の性能
同等のリチウム・イオン電池と比較して、ナトリウム･イオン電池にはいくつかの利点がある。最も顕著なのは、ナトリウムが豊富に入手できることによる費用対効果である。リチウムは比較的希少な元素であるが、NaClまたは食塩のNaであるナトリウムは、特に海水中に豊富に存在するため、より入手し易く、多くのリチウム・イオン電池に不可欠ではあるが高価な成分であるコバルト、銅、ニッケルが必要ない。
安全性もナトリウム･イオン電池が優れている分野である。リチウム・イオン電池には有毒で可燃性の液体電解質が含まれており、過熱や発火の危険がある。一方、ナトリウム･イオン電池は、そのようなリスクがなく、極端な温度に対して安定性を提供する。現在、ナトリウム･イオン電池はリチウム・イオン電池に比べてエネルギー密度が低いが、追いつきつつある。駒場教授のチームが開発した硬質炭素電極は、第一世代のナトリウム･イオン電池の1.6倍、一部の市販のリチウム・イオン電池と同等のエネルギー密度を達成した。
電気革命におけるナトリウム･イオンの役割
世界が電化とクリーン･エネルギーに向かうにつれて、効率的で手頃な価格のエネルギー貯蔵解決策に対する需要が高まっている。太陽光や風力などの断続的な再生可能エネルギー源には、需要と供給を効果的に管理するための堅牢な蓄電システムが必要である。ナトリウム･イオン電池は、コストが低く安全性が向上しているため、再生可能エネルギー施設などの定置型蓄電用途の有望な解決策として浮上している。
ナトリウム･イオン電池はすでに市場に出ているが、操業能力普及率はリチウム・イオン電池に比べて遅れている。しかし、進歩が続いており、小型電気自動車や家庭用エネルギー貯蔵システムでの使用の可能性により、ナトリウム･イオン電池の需要がすぐに急増する可能性がある。CATLやHiNaなどの企業は、この方向に向けて大きな動きを見せている。CATLはナトリウム･イオン電池の量産を開始しており、HiNaは中国で初めてこれらの電池を電気自動車に搭載した。
環境と経済への影響
ナトリウム･イオン電池の環境上の利点は、有毒物質や可燃性物質が存在しないことだけではない。ナトリウム･イオン電池の製造と寿命管理は、リチウム・イオン電池と同等のライフサイクルを持っている。原材料の供給が豊富で不足が予見できないため、ナトリウム・イオン技術への移行により、リチウム抽出に伴う環境圧力が軽減される可能性がある。
ナトリウム･イオン電池はエネルギー密度が低いにもかかわらず、現在、リン酸鉄リチウム電池パックを使用している用途に適している。ナトリウム･イオン電池パックの具体的な価格はより低く、生産量の増加と技術の進歩に伴ってさらにさがることが予想される。この経済的利点と環境上の利点を組み合わせることで、近い将来、ナトリウム･イオン電池がより広範に採用される可能性が高まる。
潜在的な欠点と今後の見通し
それでもなお克服すべき課題はある。主な懸念の1つは、リチウム・イオンと比較してナトリウム･イオン電池のエネルギー密度が低いため、高いエネルギー容量を必要とする特定の用途での使用が制限されることである。さらに、ナトリウム･イオン電池は低温では優れた性能を発揮するが、高温での性能と寿命を向上させるにはさらなる研究が必要である。
今後を見据えると、ナトリウム･イオン電池の将来は有望に見える。そのほとんどが中国で30近くの製造工場が稼働中、計画中、または建設中であるため、業界は大幅な成長に向けて準備を進めている。
