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ナトリウム･イオン電池は太陽電池の次の目玉となるか？

Are Sodium Ion Batteries the Next Big Thing in Solar Storage?

By Michael Cheng

https://www.solarreviews.com/　　　　2023.01.18

　電池は住宅用太陽光発電設備の主力になりつつある。太陽が出ていない時や停電時に使用するためにエネルギーを蓄えたい場合に必要になる。オフグリッド設備を導入している場合、電池は文字通り家のライフラインである。

　現時点では、リチウム・イオンが太陽電池の第一の選択肢である。このタイプは信頼性が高く、Tesla Powerwall、Generac PWRcell、LG Chemなどの主要な蓄電池製品に採用されている。

　しかし、サプライチェーンの制約とリチウムのコスト上昇により、多くの企業が太陽エネルギー貯蔵用の他の新しい電池技術に注目している。これらの電池技術の1つはナトリウム･イオンである。リチウム・イオンとは異なり、このタイプの電池は低コストで豊富な材料であるナトリウムを使用する。

　ナトリウム･イオン電池は、再生可能エネルギー貯蔵スペースにおいてリチウム・イオン電池の座を奪うのであろうか？そしてナトリウム･イオンは太陽系にとって実行可能な長期的な選択肢なのであろうか？確認してみよう。

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重要なポイント

●  ナトリウム･イオン電池は、リチウム・イオン電池と同様の技術を使用した充電式電池である。

●  リチウムと比較すると、ナトリウム電池は製造コストが安く、安全に使用でき、極端な温度でもより良好に動作するが、同じ容量のナトリウム電池は同等のリチウム電池よりも重く、大きい。

●  ほとんどのメーカーが提供するナトリウム･イオン製品はまだ開発中であり、今日ではまだ広く入手可能ではない。

●  2022年にはBluetti社が家庭用ナトリウム･イオン太陽電池を発表、まだ販売されていないが注目される。

●  ナトリウム･イオン電池がまだ普及していないことを考えると、市場にある既存のリチウム・イオン太陽電池は依然として家庭でのエネルギー貯蔵のための優れた選択肢である。

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ナトリウム電池とは何か？

　ナトリウム･イオン電池は、電荷担体としてナトリウムを使用する。ナトリウム･イオン電池の内部構造はリチウム・イオン電池に似ているため、互いに対立することが良くある。ナトリウム･イオン電池は、リチウム・イオン、鉛酸、および吸収性ガラスマット電池と同様に充電可能である。

もっと詳しく知る：

●  リチウム・イオン太陽電池は最良のエネルギー貯蔵オプションか？

●  太陽光発電は鉛蓄電池を選択する必要があるか？

●  吸収性ガラスマット電池のすべて。

　ナトリウム･イオン電池の開発は1980年代に溯るが、材料コストの上昇や電池の生産と需要を維持するために大量のリチウムを取得する必要など、リチウム・イオン電池の規模拡大に伴う課題により、最近では開発が活性化し始めている。

　ナトリウム･イオン電池セルの最適化、特に正極材料としてのプルシアン・ブルーの使用に関連する広範な研究が行われてきた。ナトリウム･イオン電池パックは、従来の円筒形電池から長方形のポーチに至るまで、さまざまな使用可能な形状を取ることができる。これらのさまざまな形状ファクターは商品化に最適であり、このタイプの電池をエネルギー貯蔵、電気自動車、携帯デバイスに使用できるようになる。

ナトリウム･イオン電池とリチウム・イオン電池の技術

　ナトリウム･イオン電池をニッケル・マンガン・コバルト電池およびリン酸鉄リチウム電池という2つの一般的なタイプのリチウム・イオン電池と比較してみよう。

　これらのリチウム・イオン電池は住宅用太陽光発電システムで使用される最も一般的なタイプの太陽エネルギー製品である。

エネルギー密度と効率

　ナトリウム･イオン電池はグループの中でエネルギー密度が最も低いため、リチウム・イオン電池よりも多くのスペースを必要とする。ニッケル・マンガン・コバルト電池は最高のエネルギー密度を持っている。

　10キロワット時のリチウム・イオン電池は同じ容量であっても、10キロワット時のナトリウム･イオン電池よりも家の中で占めるスペースが少なくなる。敷地内のスペースが限られている場合、これは問題になる可能性があるが、ナトリウム･イオン電池はまだ開発中出あるため、将来的には変更される可能性がある。

　3つの電池技術はすべて90％以上の往復効率を実現する。これは、電池がエネルギー損失を最小限に抑える点で効果的であり、ソーラーパネルによって生成されたエネルギーを、貯蔵プロセス中に失われるのではなく、より多く貯蔵できることを意味している。

　高い往復効率を備えた電池は、家電製品やデバイスに長時間安定して電力を供給できる。リン酸鉄リチウム電池は、ニッケル・マンガン・コバルト電池やナトリウム･イオン電池よりもわずかに高い往復効率を持っている。しかし、その違いは非常に小さく、大規模な太陽光発電設備でのみ顕著になる。

安全性

　全固体ナトリウム･イオン電池は不燃性であり、幅広い温度範囲で効率的に動作できるため、リチウム・イオン電池よりも安全である。リチウム・イオン電池は安定しているが、不適切に使用、充電、保管すると発火する可能性がある。

　最近、ニューヨーク市消防局は、リチウム・イオン電池の発火事故が複数発生したため、リチウム・イオン電池の火災の危険性について警告を発した。しかし、このような事故が起こることは希なので、家庭での太陽エネルギー貯蔵用にリチウム・イオン電池の購入を妨げるものではない。

　そうは言っても、リン酸鉄リチウム電池はより高い動作温度に耐えることができ、より多くの電力を処理できるため、ニッケル・マンガン・コバルト電池よりも安全である。ナトリウム･イオン電池と比較して、リチウム・イオン電池は広範なテストが行われており、太陽光発電業界で信頼できる実績がある。

コスト

　コストは電池技術の採用における主要な要因である。太陽光発電システムの設置に数千ドルが追加される。

　ナトリウム･イオン電池は、安価な材料を使用しているため、リチウム・イオン電池よりもコストが低いと予想されている。太陽エネルギー貯蔵用のリチウム・イオン電池の価格は、種類と容量に応じて、連邦太陽光税控除前で通常、7,000ドルから14,000ドルの間である。

　リチウム・イオン電池は製造過程でリチウムとコバルトを大量に使用する。リチウムのコストは、電気自動車や家庭用エネルギー貯蔵に対する高い需要に加えて、インフレによって上昇している。この金属の突然の需要により不足が生じており、今後数年間はこの状態が続く可能性が高い。ナトリウム･イオン電池はリチウム、コバルト、ニッケルを一切使用していない。

　実際、リチウムの獲得に伴う課題がナトリウム･イオン電池の開発を促進している。エネルギー貯蔵の需要に応えるためには、新しいタイプの電池を発売すべきだと多くの人が考えている。

可用性

　購入可能なナトリウム･イオン電池もいくつかあるが、ほとんどはプロトタイプまたはデモ版のリリース中である。ナトリウム･イオン電池のオランダ購入は簡単ではなく、製造会社に正式に依頼する必要がある。

　一方、太陽エネルギー貯蔵システム用のリチウム・イオン電池は、世界中の多くの電池メーカーから販売されている。これらの製品は現在、消費者とトップブランドや販売者の両方にとって最適な電池技術である。オンラインまたは地元の太陽光発電設置業者から簡単に購入できる。

ナトリウム･イオン電池を開発している会社

　ナトリウム･イオン電池の開発と発売を目指している企業がいくつかある。これらの企業の多くはプロトタイプを入手可能であり、ナトリウム･イオン電池を主流の消費者に提供する段階に近づいている。

Bluetti

　Bluettiはソーラーパネルのほか、携帯用および家庭用電池バックアップ用のリン酸鉄リチウム電池を製造している。

　ネバダ州に拠点を置く同社は、2022年初頭にナトリウム･イオン太陽光発電機を発表したが、まだ販売されていない。この製品は3,000ワット時の容量があり、大容量要件に合わせて拡張可能である。Bluettiには、太陽光発電の分野で成功した実績があり、ナトリウム電池を住宅市場にアピールできれば、大きな話題になる可能性がある。ナトリウム･イオン太陽電池解決策をリードする同社の今後に注目する。

現代のAmperex技術(CATL)

　CATLは世界的な電池メーカーであり、電気自動車に使用されるリチウム・イオン電池の市場シェアは30％異常である。

　中国に拠点を置く同社は、第一世代のナトリウム･イオン電池ラインの開発を進めている。同社は電池のエネルギー密度を高めることに注力しており、これは製品の用途拡大に役立つ可能性がある。

　CATLは、33,000名を超える従業員(2020年時点)を擁する大規模な操業能力により、生産を迅速に拡大する能力を備えているため、初期のナトリウム･イオン電池分野において重要なプレーヤーである。

Natron Energy

　Natron Energyは、データ・センター、通信、ラックマウント用途などの非常に特殊な用途向けにコンパクトなナトリウム･イオン電池を提供している。この製品は電池を主流市場に導入する際の課題の1つであるUnderwriters Laboratoriesの安全基準に準拠している。ナトリウム･イオン電池は長いサイクル寿命を誇り、鉛－酸電池よりも多くの電力を供給できる。

　購入可能であるが、急速充電電池は家庭にソーラーパネルを設置するには不十分である。

AMTE Power

　AMTE Powerは業務用電池を開発、製造している。同社は、電気化学エネルギーの貯蔵および輸送用のナトリウム･イオン電池を2022年第三四半期に発売する計画を進めている。ナトリウム･イオン電池メーカーのファラディオンと協力して、製造および販売の取り組みを強化している。

　同社のナトリウム･イオン電池は非常にスリムで、四角いポーチのような形状をしている。電池は低電力なので、家庭用太陽光発電の設置にはまだ適していない。

ナトリウム電池：まだ開発中の有望な解決策

　ナトリウム･イオン電池は、成長する住宅用太陽光発電産業のための次世代解決策である。多くの人々は、リチウム・イオン技術と比較して、広く豊富で持続可能な材料を使用するため、これをエネルギー貯蔵に拡張する方法として見ている。ナトリウム･イオン電池の生産コストが低いことも、製品の展開を促進する可能性がある。しかし、このタイプの電池はまだ開発と生産の初期段階にある。

　理論上、ナトリウム･イオン電池には既存のリチウム・イオン電池や鉛蓄電池に比べて、特に持続可能性の点で多くの利点がある。しかし、これらの従来の電池は、非常に長い歴史と実際の用途で信頼できる性能の実績を持って試行され、テストされている。我々の見解では、高圧レベルがナトリウム･イオン電池に関して重要なことであるが、大きく欠けていることである。

　ナトリウム･イオン電池が長期的に従来の太陽電池の実行可能な選択肢であることが証明されれば、家庭用太陽光発電の設置にナトリウム･イオン電池を推奨するのは容易になるであろうが、それは時間が経てば分かる。では、ナトリウム･イオン電池がソーラーパネルとして十分な信頼性があるかどうかは、どうやって判断するのであろうか？次のような場合に購入するのが適切な時期であることが分る：

●　地元の太陽光発電設置会社が太陽光発電の提供または推奨を開始

●　ネットで簡単に商品を購入できる

　これまでのところ、ナトリウム･イオン電池は将来的に従来の電池の代替として機能する正しい方向に進んでいるように見えるが、現時点では、現在、入手可能なリチウム・イオン電池を太陽光発電設備に使用することに何も問題はない。