超高温の塩が近く電池になる可能性がある
Super-Hot Salt Could Be Coming to a Battery Near You
By Casey Crownhart
https://www.technologyreviw.com/ 2022.11.17
新しい電池の化学的性質は、送電網にさらに多くの再生可能エネルギーを活用するのに役立つ。
気候の世界では多くの事が起こっている。アメリカでは選挙管理者らが今も議会の主導権を決定するために票の集計と再集計を行っており、国連気候変動会議では代表らが真っ向から交渉に臨み、気候変動目標や財政協定を巡って争っている。
これらの重要な瞬間が気候政策と技術の将来にナトリウム・ニッケル電池を意味するかについて、我々はまださらなる情報を持っている。それが何を意味するのかについて、より決定的な洞察を得るために私は耳を塞ぐが、憶測から離れて、我々がもっと話し合うべきであると思うこと、つまり電池について深く掘り下げてみよう。
私は電池に夢中で、成長するエネルギー貯蔵市場に徐々に浸透しつつある代替化学物質の波に常に注目している。これらの新しいプレーヤーの中には、最終的には業界標準のリチウム・イオン電池よりも安価になる(そしてさまざまな点でより優れた)ものになる可能性があるが、多くの場合、採用には大きな障壁に直面する。それでは、超高温の塩を使用してエネルギーを貯蔵する、あるスケールアップ企業の取り組みを見てみよう。
新しい電池が必要な理由
世界は、再生可能エネルギー、特に天候に応じて消えてしまう太陽光発電や風力発電の容量を増やしている。つまり、簡単に言えば、我々はエネルギーを蓄える必要がある。
揚水水力発電は、2020年時点で世界のエネルギー貯蔵の90％以上を占めている。水力発電は安価で効果的な電力貯蔵方法であるが、大量の水が必要となるため、環境への懸念や設置場所に大きな制約が伴う。
電池は今日のエネルギー貯蔵容量の残りの大部分を占めており、今後数十年間でエネルギー貯蔵市場の成長の大部分を占める可能性がある。現在、携帯電話や電気自動車に搭載されているものと同様に、リチウム・イオン電池が最も一般的である。
数十年にわたる開発と拡張により、リチウム・イオン電池は安価になり、生産能力は爆発的に増加し、世界中で新しい電池ギガファクトリーが隔週にように出現している。
しかし、リチウム・イオンの強みと定置型エネルギー貯蔵に使用される電池に必要な物の間には、いくつかの不一致がある。
● 価格：再生可能エネルギーを手頃な価格で提供するには、送電網スケールの貯蔵を非常に安価にする必要がある。昨年、アメリカエネルギー省は、2030年までにコストを90％削減すると言う目標を設定した。リチウム・イオン電池は年々安価になってきているが、特に材料不足の可能性が予想されるため、価格の上昇は頭打ちの可能性がある。
● サイズ：リチウム・イオン電池は、小さなスペースに多くの電力を詰め込む。しかし、電池サイズは電話や自動車などにとって重要であるが、送電網規模のエネルギー貯蔵にとってはそれほど重要ではない。定置用途のエネルギー密度を犠牲にすると、コストが削減される可能性がある。
● 耐用年数：産業プラントには、メンテナンスを行えば数十年間使用できる装置が設置されていることがよくある。リチウム・イオン電池は通常5～10年毎に交換する必要があり、費用がかかる場合がある。
ホット・ソルトがどのように役立つか
リチウム・イオン電池と将来のエネルギー貯蔵ニーズとの間には不一致があるため、誰もがエネルギーを貯蔵する代替方法に取り組んでいるようである。昨年だけで、私は空気鉄電池や鉄フロー電池、プラスチック電池、さらにはエネルギー貯蔵するために圧縮二酸化炭素を使用するスケールアップ企業を1社取り上げてきた。
現在、別の技術が研究室から商業の世界に飛び込みつつある。それは溶融塩である。Ambriはボストン地域の新興企業で、カルシウムとアンチモンから溶融塩電池を構築している。同社は最近、マイクロソフトのデータ・センターにエネルギー貯蔵を導入する実証プロジェクトを発表し、昨年は製造能力を構築するために1億4000万ドル以上を調達した。
同社は、同社の技術は同等のリチウム・イオン・システムよりも寿命全体で30～50％安価になる可能性があると述べている。溶融塩電池の効率は80％を超えることもある。これは、電池の充電に使用される比較的少量のエネルギーが熱で失われることを意味している。
AmbriはMITのDonald Sadoway研究室の研究に基づいて2010年に設立された。同社の創設者兼最高技術責任者のDavid Bradwellは、目標は定置型蓄電池市場向けに低コストの製品を開発することであったと語る。
インスピレーションはアルミニウムの生産という思いがけない場所から生まれた。アルミニウムの精錬に使用されるものと同様の化学反応を使用して、研究チームは実験室規模の低コストのエネルギー貯蔵システムを構築した。しかし、このコンセプトを実際の製品に変えるのはそれほど簡単ではなかった。
同社が当初開発したマグネシウムとアンチモンをベースにした化学物質は、製造が難しいことが判明した。2015年、電池のシールに関する問題が続いたため、Ambriは従業員の4分の1を解雇し、振り出しに戻った。
2017年、同社はカルシウムとアンチモンを使用した電池の新しいアプローチに舵を切った。新しい化学はより安価な材料に依存しており、製造がより簡単になるはずであるとBradwellは言う。転換以来、同社は技術的な問題を解決し、サードパーティーによる安全性テストを経て、マイクロソフトとの契約を含む最初の商業契約を締結するなど、商業化を進めてきた。
このスタートアップにはっまだ大きな課題が待っている。電池は500℃を超える高温で動作するため、電池の製造に使用できる材料が制限される。また、弁当箱ほどの大きな単一の電池セルから、巨大なコンテナ・サイズのシステムに移行すると、システムの制御と物流に課題が生じる可能性がある。
言うまでもなく、製品を現実世界に展開するということは、Bradwellが言うように、「現実世界で起こる出来事に対処する」ことを意味する。落雷から齧歯類まで、あらゆるものが新しい電池システムに悪影響を与える可能性がある。
しかし、過去10年間で少なくとも1つのことが変化した。それは市場である。投資家や一般の観察者さえも、かつてはエネルギー貯蔵を望む人がいるかどうかについて反対していた、とBradwellは言う。さて、唯一の問題は、この業界がどれだけ早く成長できるかと言うことのようである。
Ambriやその他の新しい電池が製造を拡大し、既存の電池に代わる実行可能で手頃な代替品であることを証明するには時間がかかるであろう。Bradwellが言うように「旅は続く」のである。
以下、省略。
