PNNL主導の送電網重視のアライアンスがナトリウム･イオン電池のイノベーションを推進

PNNL 主導の送電網重視のアライアンスがナトリウム･

イオン電池のイノベーションを推進

PNNL-Led Grid-Focused Alliance Drives Sodium-Ion Battery Innovation

By Karisa Saywers

https://www.pnnl.gov/ 2024.11.06

国立研究所、大学、産業界が協力し、送電網規模のエネルギー貯蔵のためのナトリウム・イオン電池技術を改良

　消費者のエネルギー需要の高まりにより、今後4年以内に送電網需要が2倍になると予想されているため、再生可能エネルギー源への依存度の増加に対応できる持続可能なエネルギー貯蔵解決策の開発がますます緊密に求められている。

　ナトリウム・イオン技術は、送電網規模の用途向けのリチウム・イオン電池の実現可能な代替手段として国際的に注目を集めている。アメリカエネルギー省の電力局は、太平洋岸西部国立研究所と連携し、ナトリウム･イオン電池をエネルギー貯蔵のための費用対効果の高い持続可能な解決策として長い間構想してきた。電力局は、回復力があり、信頼性が高く、手頃な価格の送電網のニーズを満たすために、この技術の進歩と商業化に資金を投入してきた。

　太平洋岸西部国立研究所が主導するエネルギー貯蔵用ナトリウム･イオン連合(SAGES)は、送電網用途向けの高性能、低コスト、安全なナトリウム･イオン電池の実証に重点的に取り組む。この4年間のプログラムでは、5つの国立研究所、3つの大学、および多数の業界パートナーの中核機能を統合し、電力局のエネルギー貯蔵プログラムに基づく定置用途向けのナトリウム電池技術を調査する。

次世代電池の持続可能な解決策であるナトリウム

　ナトリウム･イオン電池は、実際の送電網用途向けの長期エネルギー貯蔵の有望な解決策として浮上している。ナトリウムは豊富で、広く入手可能で、コスト効率の高い元素である。さらに、ナトリウム・ベースの電池は熱安定性が高く、過熱や火災のリスクが軽減されるため、広範囲での使用に適した選択肢となっている。しかし、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く、寿命が短いという課題がある。これは、SAGESを克服しようとしている課題である。

　「このアライアンスの形成は、再生可能エネルギー資源と持続可能な電池を統合してカーボン・ニュートラルな社会を実現するという長年の課題に取り組むために、最も優秀な人材を集めるという点で非常に喜ばしいことである。」とSAGESディレクター兼太平洋岸西部国立研究所材料科学者のXiaolin Liは語った。「ナトリウム・イオン電池技術に焦点を当てることで、このコラボレーションは、より安全で持続可能なコスト効率の高いエネルギー貯蔵解決策を実現する可能性を秘めている。

SAGES、GSLがナトリウム・イオン技術の開発を加速

　SAGEは、Grid Storage Launchpad(GSL)の最初のミッションの1つである。GSLは太平洋岸西部国立研究所リッチランド・キャンパスにある新しい国家施設で、高度な電池技術の開発を加速することを目的としている。電力局が資金を提供するこの7,500万ドルの研究施設では、基礎材料やデバイスの試作から100 kW規模のテストと検証まで、電池開発と展開サイクルのすべての段階を統合している。

　「太平洋岸西部国立研究所のエネルギー貯蔵に関する豊富な経験とGSLの機能により、太平洋岸西部国立研究所は送電網用途向けナトリウム･イオン電池の研究とイノベーションのリーダーとしての地位を確立した。電力局は、国立研究所、学界、産業界を結集して、持続可能エネルギーの未来に不可欠な、手頃な価格で安全かつ拡張可能な電池技術を推進するこの取り組みを支援できることを嬉しく思う。」と、電力局のStorage Materials & Systems担当ディレクターのCaitlin Callaghanは述べている。「この素晴しいチームの仕事は、他の用途を含むエネルギー省全体の電池研究を補完し、エネルギー省国立研究所複合施設全体の専門知識を増幅するであろう。」

　このアライアンスは、基礎研究と実際の電池性能の間の知識ギャップを埋めるために、故障メカニズムを理解するための体系的な特性評価とシミュレーション研究を実施する。チームは、硬質炭素アノード、低／ゼロニッケル・カソード、高性能電解質などの主要分野に焦点を当てることで、実用的な電池技術の進歩を目指している。この作業には、業界標準を満たすための材料のスケールアップ、製造、ポーチセルのテストも含まれ、すべてナトリウム･イオン電池を商業的に実現可能にすることを目標としている。

コラボレーションが鍵

　参加する国立研究所には、太平洋岸西部国立研究所、アルゴンヌ国立研究所、SLAC国立加速器研究所、ローレンス・リバモア国立研究所、サンディア国立研究所があり、学術パートナーにはメリーランド大学、ペンシルヴァニア州立大学、バージニア工科大学がある。産業界のパートナーも参加している。

　「ローレンス・リバモア国立研究所は、基礎的な理解をサポートし、重要な特性評価とシミュレーション結果を提供するチームの一委員になれることを嬉しく思う。」とローレンス・リバモア国立研究所の上級科学者Jon Leeは述べた。「我々は、エネルギー送電網の将来に重要な役割を果たす、費用対効果の高い持続可能なエネルギー貯蔵解決策の開発を加速することができる。」

　Sandiaは、技術開発プロセスに沿って、材料スケールからセルレベルまで、ナトリウム･イオン電池の安全性の評価を支援する。」とサンディア国立研究所の物理学者で電池安全性リーダーのLoraine Torres-Castroは付け加えた。「電池が効率的に機能するだけでなく、最高の安全基準を満たすことを保証することは、現実世界の用途で広く採用されるために不可欠である。」

　SAGEは、11月11日から14日まで太平洋岸西部国立研究所リッチランド・キャンパスで開催される2024年ナトリウム電池に関する第9回国際会議を主催する。この会議には、電池技術の世界的な専門家が集まり、同盟のネットワークが拡大する。