ナトリウムを使った充電式電池の開発はEUグリーン化の
野心を強化するかもしれない
Using Sodium to Develop Rechargeable Batteries May Bolster the EU’s Green Ambitions
By Anthony King
https://techxplore.com/ より 2024.04.25
ヨーロッパのグリーン産業の未来は、家庭の必需品である食卓塩にかかっているかもしれない。フランスのTiamat Energyの研究者であるJohn Abou-Rjeily博士は、ナトリウムを使って充電式電池を開発している。ナトリウムは塩化ナトリウムの一部で、塩化ナトリウムはイオン化合物で、通常の塩の専門用語である。
ナトリウム･イオン電池の背後にある考え方は、歯ブラシや携帯電話からモペットや自動車まで、あらゆるものに電力を供給するリチウム・イオン電池へのヨーロッパの依存を減らすことである。
今日の電池には、リチウム、ニッケル、コバルトなど、希少かつ有毒な材料が使われている。一方、ナトリウムは地球上で最も豊富な元素の1つである。
「ナトリウム･イオン電池は、リチウム・イオン電池よりも豊富で安全な材料をベースにしている。」とAbou-Rjeilyは言う。「リチウム・イオン、コバルト、ニッケルは、全ての人のニーズを満たすには十分ではない。」
同氏は、ナトリウム電池の設計と製造を行なうTiamat社の研究開発エンジニアである。Abou-Rjeilyは商業的に魅力的で、ヨーロッパの製造業の新たな基盤となり得るナトリウム･イオン電池を開発する研究プロジェクトを主導した。
NAIMAと呼ばれるこのプロジェクトは、2019年12月から2023年5月まで実施された。ブルガリア、ベルギー、スペイン、スエーデンの企業、研究機関、大学が参加した。
電池充電
電池は化石燃料を風力や太陽光発電などの再生可能エネルギー源に置き換えるという欧州の取り組みの中心である。欧州でクリーン･エネルギーを増やすには、電池が提供できる新しい貯蔵装置が必要である。
欧州の電池市場は、2025年までに年間2,500億ユーロに達する可能性がある。欧州は、世界の電池セル生産に占めるシェアを2018年の3％からこの10年間で25％まで引き上げ、アジアの85％の優位性を削り取ろうとしている。
この調査は電池の製造に必要な原材料やエネルギー貯蔵に必要なインフラへのアクセスから、電力が最も安いときに車両を自動的に充電する「スマートグリッド」、リサイクルを確実にする電池設計まで、サプライチェーンのすべてのセグメントをカバーしている。
リチウム・イオン電池は小さなスペースに大量のエネルギーを蓄えることができるため、スマートフォンや電気自動車に最適である。ナトリウム･イオン電池はやや大きく、安価になる可能性があるため、家庭、電動工具、小型車などの場所でエネルギーを蓄える候補となる。
フランスとのつながり
レバノン出身の化学者、Abou-Rjeilyは、環境の持続可能性への関心を追求するため、2016年にフランスに移住した。同氏はリチウム、コバルト、銅を使わず、ニッケルもほとんど使わないナトリウム･イオン電池を製造しているTiamat社に馴染んでいる。同社はフランス国立科学研究センターからスピンオフした企業で、NAIMAの参加者の1つである。
リチウム、コバルト、銅、ニッケルはEUの重要原材料リストに載っており、欧州では外国の供給者への依存と供給不足に対する懸念が浮き彫りになっている。例えば、世界のリチウム・イオン電池について言えば、2021年には中国が80％近くを製造した。さらに、世界のリチウム・イオン電池生産の大半は自動車産業向けになると見込まれている。
Abou-Rjeilyによると、Tiamatは2026年にフランスのアミアン市に巨大工場を開設し、当初は電動工具などの機器に適したナトリウム･イオン電池を生産する予定であるという。
同市は、NAIMAが同社の電池に関するノウハウの向上に貢献したと述べた。
このプロジェクトは、パートナーが再生可能エネルギー貯蔵用のナトリウム･イオン電池の開発を進める上でも役立だった。この腫瘍の電池は、将来的には一部の自動車にも適したものになる可能性がある。
Abou-Rjeilyによると、このナトリウム･イオン電池はリチウム・イオン電池の500 kmの容量に匹敵することはないが、短距離では競争力がある可能性があるという。「短・中距離の運転では、より安価になる可能性がある。」と同氏は述べた。
ホームベース
ナトリウム･イオン電池を介して自動車と住宅をエネルギーでつなぐという構想は、ドイツのダルムシュタット工科大学の客員教授であるMagdalena Graczyk-Zajac博士の構想である。
ドイツのエネルギー会社EnBWの電気化学者でもある彼女は、家庭用ナトリウム･イオン電池の開発プロジェクトに携わっている。SIMBAと呼ばれるこのプロジェクトは、3年半を経て2024年6月に終了する予定である。
Graczyk-Zajacは、住宅の太陽光発電パネルで集めたエネルギーが家庭用の充電式ナトリウム･イオン電池に蓄えられる未来を描いている。その電池は住宅に電力を供給し、住民の電気自動車を充電する。
Graczyk-Zajacはこのようなシナリオは輸送コストの大幅な削減を意味すると述べた。「年間8～9ヶ月間、車を無料で運転できる可能性がある。」と同氏は述べた。
家庭の利益
ナトリウム･イオン電池とリチウム・イオン電池は同じように機能するが、ナトリウムはリチウムよりも大きいイオンである。これが、ナトリウム･イオン電池が少しスペースを取る理由の1つである。
Graczyk-Zajacによると、家庭での保管では、このような電池は地下やガレージに設置されるため、多少大きい電池でも問題にならないという。
ヨーロッパ全土の約20の研究機関、大学、企業が参加するSIMBAは、家庭用ナトリウム･イオン電池の重要なコンポーネントをラボテスト用にまとめた。
部品の1つであるアノードは、木材またはバイオ廃棄物から製造できる硬質炭素で作られている。もう1つの部品であるカソードは、プルシアン・ホワイトと呼ばれる材料で作ることができる。
リチウム・イオン・カソードには、コバルトが含まれることがよくあるが、このプルシアン・ホワイト・カソードには、より豊富で安価な金属である鉄が含まれている。
このカソードは、SIMBA参加者の1つであるスエーデンのウプサラ大学から2017年に水分を多く含む食品したAltrisによって開発された。Altrisは、業界パートナーであるスエーデンのNorthvoltが、このカソードを使用してヨーロッパで電池を製造すると発表し、2023年11月に注目を集めた。
一般的にナトリウム･イオン電池はヨーロッパの家庭に、より安価でクリーンなエネルギーのチャンスを約束する。また、この電池は貯蔵によって経済的利益を生む可能性も提供し、その後、家庭での発電量が必要量を超えたときに余剰電力を電力網に販売するか、後に庭で使用するかのいずれかである。
Graczyk-Zajacは、後で使用するオプションを推奨している。「そのエネルギーをそのまま保持しておくことで、世帯主はより多くのお金を節約できる。」と彼女は語った。
