ナトリウム･イオン電池には防衛産業における将来性があるか？
Do Sodium-Ion Batteries Have a Future in the Defence Industry?
https://www.power-technology.com/ 2023.06.30
ナトリウム･イオンはリチウム・イオンよりも大きく、約3倍重いため、その能力乳ガン限界がある。
電気自動車、航空宇宙産業、防衛産業におけるハイブリッド電気推進装置や全電気推進装置の開発が増加して以来、リチウム・イオン電池が電池技術の頼りになる解決策となっている。リチウム・イオン電池は、現在利用可能な技術の中で最も高い比エネルギーを提供するため、軽量化が主要な設計上の考慮事項であらゆる状況に最適である。
しかし、リチウム・イオン電池にはいくつかの制限があるため、代替電池技術の可能性への扉が開かれている。特に防衛産業では、リチウム・イオン電池に関連する大きな欠点がいくつかある。
ナトリウム･イオン電池の動作はリチウム・イオンと完全に似ており、化学反応によって電気を生成する。どちらの技術にも、陰極、陽極、セパレーター、および液体電解質がある。しかし、リチウム化合物はナトリウム・ベースの同等物に置き換えられる。
ナトリウム･イオンはリチウム・イオンよりも大きく、約3倍重いため、完全に最適化されたナトリウム･イオン電池は依然としてリチウム・ベースの同等物の比エネルギーに匹敵することができない。Contemporary Amperex Technology(CATL)の主要なナトリウム･イオン電池は、テスラの革新的な4680タイプの電池セルが提供する推定272～296 Wh/kgの比エネルギーと比較して、160 Wh/kgの比エネルギーを提供する。
この技術的制限により、ナトリウム･イオン電池は重量が重大な懸念事項となるため、軍用機の設計での用途には適していない。しかし、システムの重量がそれほど制限要因にならない分野での用途の機会はまだ残っている。
以下も参照のこと：
● Energy Vault、オーストラリアで200 MWの電池エネルギー貯蔵システムを導入
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ナトリウム･イオン電池の主な利点は、原材料のコスト(ナトリウムは1トン当り150ドル、リチウムの場合20,000ドル)と、豊富に存在するコバルトが含まれていないため、価格が低いことである。この物質はコンゴ民主共和国の鉱山から調達されることが多く、人権侵害の対象となっている。イギリスに本拠を置くナトリウム･イオン電池メーカーであるファラディオンは、ナトリウム･イオン電池の製造コストが従来のリチウム・イオン技術に比べて約30％低くなるであろうと推定している。
さらに、ナトリウム･イオン電池は熱安定性のレベルが向上しているため、対応するリチウム・イオン電池容量も安全である。リチウム・イオン電池を30％未満の充電状態で長期間放置すると、熱的に不安定になる危険性があり、また完全充電サイクルを繰り返すと熱暴走や電気火災を引き起こす可能性がある。
対照的に、ナトリウム･イオン電池は有機電解質ベースではなく水ベースの組成により安定かつ不燃性であり、温度変化の影響を受けにくい。ナトリウム･イオン電池は0 Vでどこにでも出荷でき、本質的には安全性や火災の心配のない「電解液の袋」である。ファラディオンは、ナトリウム･イオン電池の1つを完全に充電し、火災や過熱を引き起こすことなくまっすぐに穴を開けることで、このことを実証した。
ナトリウム･イオンとリチウム・イオンの動作温度範囲の拡大は、極端な用途に関係する業界では重大な利点となる可能性がある。リチウム・イオン電池を氷点下で動作させると、ナトリウム･イオン電池とは対照的に電気性能と放電率が大幅に低下する。ファラディオン社は、同社のナトリウム･イオン電池が-20℃～60℃の温度範囲で性能(90％)を実証したと報告している。これは、北極または氷点下での作業に明らかな物流上の利点をもたらす。
中国の電池メーカーCATLも、リチウム・イオン電池とナトリウム･イオン電池の両方を組み込んだ電池パックの実証を行なっており、この組み合わせにより一貫したエネルギー性能を長期間維持することで電気自動車の寒冷地性能が向上すると期待されている。
その他の注目すべき利点は、強力なサイクル寿命(ファラディオンの160 Wh/kgセルは、テスラ電池の1,500サイクルと比較して4,000サイクル以上のサイクル寿命を実証)、および急速充電機能(CATLのセルは15分で80％まで充電可能)が含まれる。
しかし、ナトリウム･イオン電池によってもたらされるさまざまな技術的利点にもかかわらず、自動車業界での普及の主な障壁は依然として航続距離の不安であり、電池の再充電の長さと頻度を中心に懸念が広がっている。他の制限と相まって、防衛分野におけるナトリウム･イオン駆動の電気自動車には短期的な将来はないようである。
それにもかかわらず、ナトリウム･イオンに特化した企業であるファラディオンとナトロン・エナジーは、当初は定置型エネルギー貯蔵市場に焦点を当てている。軍隊は作戦中に機器の充電や電力供給を電力網に完全に依存することができないため、携帯エネルギー管理解決策が戦略的に不可欠である。
この要件により、安価で効率的かつ安全な固定貯蔵の需要が高まっており、短期から中期的にはナトリウム・イオン電池技術の重要な応用分野となる。
ナトロンは最近、将来の電気自動車充電ステーション向けのナトリウム･イオン電池定置型エネルギー貯蔵解決策の開発をサポートするため、シェブロンとの戦略的投資を発表したが、ユナイテッド航空の投資はナトロンの電池を利用して地上業務を電化するこれまでのところ、に重点が置かれている。
これらの並行開発分野を推進する固体電池、溶融塩電池、リチウム空気ベースの解決策などの技術の研究により、ナトリウム･イオン電池を超えて現在のリチウム・イオン電池の他の潜在的な代替品を検討することが重要である。
結論として、電気自動車メーカーが車両のナトリウム・イオン技術を採用した具体的な例はいくつかあるが、これらは依然としてニッチな用途に限定されており、したがって、防衛におけるナトリウム・イオン技術の主な用途として定置型充電と蓄電が定着している。
これらの用途の実用性は、今後数十年間に車両に全電気推進またはハイブリッド電気推進を導入する防衛産業の意欲にかかっている。エネルギーの持続可能性とサプライチェーンの脆弱性に対する懸念が防衛市場の電動化を推進し続ける中、
ナトリウム・イオン技術には未来がある可能性がある。
