ナトリウム･イオン電池は大規模なリチウム・イオン用途を開拓する準備ができている
Sodium-Ion Batteries Poised to Pick Off Large-Scale Lithium-Ion Applications
By Prachi Pater
https://spectrum.ieee.org/ 2024.03.10
安全で低コストの貯蔵技術は、データ・センター、通信、家庭用および送電網に足がかりを見つけることができる
元の記事(下記)が公開されて以来、Natron Energyはナトリウム･イオン電池を大量に導入してきた。同社は2023年10月、Microgrid Encorpのマルチメガワット電力プラットフォームのバックアップとして電池を導入すると発表した。Natronはまた2023年12月に、2024年に急速充電電気自動車ステーションを導入すると発表した。どちらの発表も、ナトリウム･イオン電池がスマートフォンや電気自動車などの用途ではなく、定置型電池を必要とするシナリオで自然な居場所を見つけていることを裏付けている。
しかし、結局のところ、ナトリウム･イオン電池はこれらの用途に居場所を見つけるかもしれない。1月、アルゴンヌ国立研究所は、研究者達が電気自動車用リチウム・イオン電池の新しい陽極を開発したと発表した。研究者達は、ナトリウムはリチウムよりも3倍も重いと指摘している。つまり、ナトリウム･イオン電池を搭載した電気自転車は、対応するリチウム・イオン電池の航続距離に匹敵するのに苦労するであろうが、ナトリウム･イオン電池は氷点下でよりよく充電を保持できることである。ナトリウム･イオン電池がより一般的にその欠点を克服し、電気自動車のような新しい種類の用途に浸出するかどうかはまだ分からない。
2021年3月10日の下の記事は下記の通りである。
リチウム・イオン電池は充電式電池市場におけるその優位性を弱める気配はない。しかし、より大規模な用途に向けて、競合する化学の開発が加速している。電気自動車や荷電ではなく。ナトリウム･イオン電池である。
研究者達は何年も前からナトリウム電池の実現を約束してきた。この技術はついにその期待に追いつき、現在、いくつかの企業が商業納品を開始しているかもしれない。
2020年9月、エネルギー省高等研究計画庁エネルギーは商業化の取り組みを進めることを目的として、技術を迅速に進めるために新しいプログラムの一環として、カリフォルニア州サンタクララに拠点を置くNatron Energyに1,990万米ドルを授与した。この電池は現在、少量の商業生産に入っていると営業担当副社長のJack Pouchetは語る。Natronの最初の顧客はデータ・センターと通信会社である。
「純粋な性能の観点から見ると、ナトリウム･イオン電池は携帯型電子製品や電気自動車にとって魅力的ではない。」とノースイースタン大学の研究教授でリチウム電池コンサルティング会社E-KEM SciencesのCTOであるK.M. Abrahamは言う。リチウム・イオン電池はナトリウム･イオンよりも高いエネルギー密度を誇る。つまり、コンパクトなリチウム・イオン電池は、充電間の稼働時間が長くなる。これまでのところ、ナトリウム･イオンはリチウムの約半分のエネルギー密度を実証しており、そのエネルギー密度は285 Wh/kgに達する可能性があるという。
しかし、家庭用の再生可能エネルギー貯蔵や、サイズやエネルギー密度よりもコストが重要なデータ・センターの送電網やバックアップ電源などの定置型用途では、ナトリウム･イオン電池がリチウム・イオン電池に匹敵する可能性がある。現在、入手可能な情報に基づいて、Abrahamはナトリウム･イオン電池のコストがリチウム・イオン電池よりも約10～20％低いと予測している。
ナトリウム･イオン電池の最大の特徴は、豊富で安価で無害な材料を使用していることである。地球の地殻には、リチウムの千倍以上のナトリウムが存在する。抽出や精製にかかるコストも易くなる。さらに、電池で通常使用されるナトリウム金属酸化物の陽極(陰極はリチウム・イオン電池と同じように炭素である)は、鉄やマンガンなどの豊富な金属から作ることができる。対照的に、リチウム・イオン陽極にはコバルトが使用される。コバルトは、地質学的埋蔵量が限られており、少数の国を中心としたサプライチェーンが不安定な金属である。また、鉛酸やニッケル・カドミウムなどの他の電池には有毒金属が含まれている。「ナトリウムの主な魅力は持続可能性である。」とAbrahamは言う。
また、ナトリウム･イオン電池はリチウム・イオン電池よりも安定性と安全性が優れている。温度範囲が広く、不燃性であり、どのような条件下でもリチウム・イオン電池の発火を引き起こす可能性がある熱暴走が発生しない、とPouchetは言う。
Natronは、ナトリウム･イオン電池を開発および商品化する数少ない企業の1つである。同社は、塗料や染料に使用される顔料であるプルシアン・ブルーから陽極と陰極の両方を製造するという、独自のアプローチを採用している。低コストの材料の化学構造はナトリウム･イオンの呼吸と放出に非常に優れており、数分で充電と放電が可能で、エネルギーの急速なバーストを提供できる電池を実現する。プルシアン・ブルー電極は炭素や金属ベースの電極よりも長持ちし、50,000回以上の充電サイクルが可能であるとPouchetは述べている。
もう1つの大手ナトリウム･イオン電池会社であるイギリスに本拠を置くファラディオンは、オーストラリアとインドに市場を開拓している。同社は昨年、投資グループのICMオーストラリアから、住宅用、商業用、送電網規模の用途で電池貯蔵の需要が高まっているオーストラリア市場での使用を目的とした初の注文を受けたと発表した。インドでは商用車用の電池も開発している。
ファラディオンは、プロトタイプのセルは140 Wh/kgを超えるエネルギー密度を実現できると述べている。そして同社は2月下旬、テキサス州ヒューストンに本拠を置くエネルギー会社フィリップス66と協力して、低コストで高性能の電池用陰極材料を開発していると発表した。
Abrahamはこのような焦点を絞った研究こそがテクノロジーに必要なものであるという。彼がACS Energy Letterに書いた最近のレビューの中で、エネルギー密度が200 Wh/kgに近い実用的なナトリウム･イオン電池を製造できる、より優れた陽極および陰極材料に関するさらなる研究の必要性を詳しく述べている。同氏は、特に太平洋岸西部国立研究所、フランス国立科学研究センター、電気化学エネルギー貯蔵に関するフランスの研究ネットワークなどで進行中の有望な研究を指摘している。「ナトリウム･イオン電池には確かに多額の資金が投入されている。」彼は言う。
