エネルギー需要を満たすには、新しい電池の化学的性質を
作り出すことが重要である
To Meet Energy Demand, Creating New Battery Chemistries Is Key
https://www.openaccessgovernment.org/ 2023.06.06
EIT InnoEnergyのスマートグリッドおよびエネルギー貯蔵のテーマ-リーダーであるJohan Söderbomは、電池業界での需要の高まりに対処するには新しい電池化学の創出が鍵であると主張している。
電池産業は2031年までに3倍の1,350億ドルに達すると予測されているが、最近の成長は目覚ましいものがある。6年前、ヨーロッパでは予定されていた電池容量はほとんどなかった。それでも、気候変動への取り組みにおける電池の重要な役割を認識しており、科学者達はより新しくクリーンな電池化学を生成することを目指しており、現在、少なくとも45の異なる電池プロジェクトが進行中である。
EIT InnoEnergyが率いるEuropean Battery Alliance (EBA)が今後の推進に貢献している。EBAは電池製造のバリューチェーン全体の関係者を結集し、ロードマップの開発や資金調達から採掘や技術に至るまで、あらゆる角度からヨーロッパの電池の課題を克服するために取り組んでいる。
さて、課題は容量ではなく、化学である。20年前、電池化学者達はいくつかの主要な電池化学の長所と短所を検討し、最終的には優れたエネルギー密度性能をもたらすリチウムを追求することを選択した。これは、最近まで世界にとって有益な決断であった。
当初はカメラなどの小型電子器機向けに開発されたが、電気自動車によってこれほど需要が大幅に高まるとは誰も予想できなかった。この需要の急増により、十分な量のリチウム、コバルト、ニッケルを倫理的に調達することが困難になっている。IEAは、早ければ2025年にも世界が世界的なリチウム不足に直面する可能性があると示唆している。
電池化学におけるナトリウムの活用
現在のナトリウム技術はエネルギー密度の点でリチウムに遅れを取っているが、ナトリウムは豊富に存在する材料であるため、定置型貯蔵には理想的である。その結果、ナトリウム･イオン電池は、充電時間は同等だが、価格が安い代わりに航続距離が少し短くなる、エントリーレベルの電気自動車にとって魅力的な代替品となる可能性がある。
リチウム電池とナトリウム･電池を1つの電池パックに組み合わせた「AB電池解決策」も、2つの技術の長所を活用できる魅力的な選択肢となる可能性がある。ナトリウム電池化学の広大な可能性に惹かれ、業界大手のCALTはすでに小規模生産を開始しており、今年、大量生産が見込まれる。そして、多くの小規模なイノベーターがこれに追従している。
需要の急増に向けたサプライチェーンの準備は、例えば、ウプサラに拠点を置くアルトリスによって証明されている。アルトリスは、ナトリウム、鉄、炭素、窒素から製造するフェナックと呼ばれる高エネルギー密度の正極材料を開発した。この技術は、業界標準のリチウム・イオン生産ラインにプラグ・アンド・プレイできるように開発された。これは非常に革新的であるため、アルトリスのシリーズA資金調達ラウンドに参加した世界有数の電池開発者Northvoltの目に留まった。調達した960万ユーロは、今年後半にGWh規模の生産施設を開設するために使用される。
100％シリコン解決策への移行
負極材料としてのシリコンも増加傾向にある。シリコン解決策は、大量のリチウム・イオンを高速で蓄えることができ、15分未満の充電速度で500マイル以上の航続距離を実現できるという点で独特である。しかし、業界は今日の10％未満のシリコンとグラファイトの混合物から、将来的に恩恵を受ける可能性のある100％シリコンの化学薬品に移行する際に、いくつかの課題に直面している。
これらの課題には、シリコンの充放電に伴う膨張と収縮の自然な性質を可能にし、コスト競争力のある価格帯での拡張性を可能にする安定した化学反応を作り出すことが含まれる。業界はいくつかの戦略を追求しており、その中にはシリコン含有量を段階的に増加させる道をたどるものもあれば、早ければ2027年にもフルシリコン陽極の導入を推進しているものもある。
フルシリコン解決策に向けた取り組みは、ニューヨークに本拠を置く電池イノベーターGDIが過去10年間の大半を費やして取り組んできた課題である。太陽光発電パネルからインスピレーションを得たGDIは、プラズマ化学気相成長法を使用して独自の100％シリコン陽極設計を作成した。実験室テストでは、この化学反応により先進的なリチウム・イオン電池のエネルギー密度が30％増加し、15分間で10～75％から500回以上、残りの80％の状態で安全かつ信頼性の高い急速充電が可能であることが証明されている。
電池サプライチェーンの未来を守る
20年前、業界は将来がどうなるかを考慮せずに特定の電池の化学特性を追求するという間違いを犯した。今では我々はよく知っている。2022年12月、欧州議会は電池のライフサイクル全体にわたる要件を規定する新しい循環経済法を発表した。
新しい法律は、我々がスクラップに対処しなければならないと言うメッセージを痛感させる。これには、製造廃棄物の削減、再利用の可能性を考慮した電池の残存状態の把握の容易化、リサイクルのための分解の容易化などが含まれる。
Verkorなどのイノベーターは、データと産業デジタル化を適用することでスクラップに取り組み、将来の需要に応えるためにより現代的で効率的なギガファクトリー・モデルを推進している。
欧州向けに持続可能な国産電池の供給を開発するには、今後数年間が極めて重要であり、新しい化学物質の急速な開発はその重要な部分となるであろう。幸いなことに、我々はヨーロッパで多くの革新的な電池プロジェクトを誇っているが、成長する需要に応えるためには、業界が十分な資本とコラボレーションの機会にアクセスできることが依然として重要である。
