最大の電池企業がリチウムに賭ける理由
Why the Biggest Battery Company Is Betting against Lithium
By Matt Ferrell
https://undecidedmf.com/ 2025.04.08
ナトリウム・イオン電池技術自体目新しいものではないが、興味深い動きが見られる。世界最大のリチウム・イオン電池メーカーであるCATLは、市場の最大半分がナトリウムに切り替わる可能性があると発表している。まさにその通り。リチウム電池最大手がリチウムに賭けている。リチウムは、その評判を挽回する人々かもしれない。そのため、CATLを始めとする企業が、市場の大きな変化に備えて、ナトリウムの大量生産に着手していることは、驚くべきことではないかもしれない。
しかし、ナトリウムは本当にエネルギー貯蔵の未来なのか、それともリチウム・イオンの影に隠れる運命にある、ありふれた電池技術の一つに過ぎないのだろうか？
CATLのティーザー
前述したように、CATLは世界最大の電池メーカーである。ちないに、2023年にはCATLの電池が世界市場の約40％を占めると予想されている。これは非常に大きな数字であり、同社の電池技術に対する見解を真剣に受け止めるべき十分な理由である。そのため、2024年11月にロイター通信とのインタビューで、CATLの共同創業者であるRobin Zengが、全固体電池が次の大きなトレンドになるという考えに反論したのは非常に興味深いことである。彼は、ナトリウム･イオン電池の方がより優れた選択肢であり、CATLが現在支配している市場の最大半分を置き換える可能性があると主張した。
これは単なる噂ではない。CATLは既に、長距離EV向けにリチウム電池とナトリウム電池を組み合わせたハイブリッド・システム「Freevoy」電池パックの一部としてナトリウム電池を提供している。ナトリウム電池の最大の欠点であるエネルギー密度の低さを考えると、これは驚くべきことである。通常、ナトリウム電池はより大きく重くなるからである。EVでは、1オンス、1インチも無駄にならない。
しかし、CATLの歩みはそこで止まらない。同社は今年後半に第二世代ナトリウム･イオン電池を発売する予定で、エネルギー密度は200 Wh/kg以上謳っている。これは、現在最高のリチウム・イオン電池である300 Wh/kgには及ばないものの、前身の160 Wh/kgから大きく向上しており、大きな進歩の兆しである。
この取り組みはCATLだけに止まらない。世界中の企業がナトリウム･イオン電池の生産を増強し、市場の大きな変化に備えている。しかし、ナトリウム電池は本当に次世代の主力となるのであろうMCか？もしそうであるとしたら、Robin Zengを始めとする業界関係者は、ナトリウム･イオン電池にどのような可能性を見出しているのだろうか？
ナトリウム･イオン電池の長所
ナトリウム･イオン電池のコンセントは非常にシンプルである。ナトリウムはリチウムと非常によく似た性質を持つため、ナトリウム･イオン電池は基本的にリチウム・イオン電池と同じ構造をしている。また、往復効率も同等で、投入したエネルギーとほぼ同じ量のエネルギーを回収できる。しかし、ナトリウム･イオン電池にはトレードオフがある。ナトリウム･イオン電池はリチウム・イオン電池よりもエネルギー密度が低いため、これまで用途が限られてきた。
では、ナトリウム･イオン電池がリチウム・イオン電池とほぼ同等の性能を持ちながら、重要な分野で依然として不足しているにもかかわらず、なぜ電池業界はナトリウム･イオン電池にこれほど期待を寄せているのであろうか？それは、ナトリウムの方がはりかに融通が利くからである。ナトリウムははるかに豊富で、海一面が埋まっているほどである。また、抽出も容易で、リチウムやその他の貴金属に必要な破壊的な採掘作業も必要ない。こうした理由から、ナトリウム･イオン電池はより安価で、より持続可能であり、サプライチェーンの混乱や地政学的緊張の影響を受けにくいからである。
コストと持続可能性以外にも、ナトリウム･イオン電池には他の利点がある。その化学的性質により、極度の温度に対する優れた耐性を備えている。熱暴走を起こしにくく、実際、リチウム・イオン電池よりも寒冷条件下で優れた性能を発揮する。
公平を期すと、リチウム・イオン電池では熱暴走は極めて稀で、ノートパソコンをハンマーで叩き壊さない限り問題にならない。しかし、数百個の電池が密集する大規模なエネルギー貯蔵システムでは、安全性が重要である。例えば、アメリカ南西部やオーストラリアの大部分など、暑く乾燥し、山火事が発生しやすい地域に太陽光発電所を建設する場合、ナトリウム･イオン電池はより賢明で安全な選択肢となるかもしれない。
ナトリウム･イオン電池のエネルギー密度が低いという欠点があるにもかかわらず、EV業界の一部がナトリウム･イオン電池に注目しているのは、この耐寒性の高さも理由の一つである。氷点下では、リチウム・イオンが陽極に向かう途中で「迷子」になり、代わりに外側にメッキされてしまうことがある。その結果、効率が低下したり、ショートを引き起こしたりすることもある。ナトリウム電池はこの問題に対してより耐性がある。ほとんどのリチウム電池は-20 ℃で性能が低下し始めるが、CATLは第二世代ナトリウム･イオン電池が-40 ℃まで耐えられると主張しており、同社がEV向けにこの電池に注目している理由の1つとなっている。
世界最大の電池メーカーがナトリウム･イオン電池に本腰を入れるというだけでは興味が湧かないのであれば、世界第二位の電池メーカーが何をしようとしているか、ぜひ聞いてみて下さい。
BYDと中国
それはCATLの長年のライバルであるBYDである。BYDはナトリウムに力を入れている。昨年、新たなギガファクトリーの建設に着工し、2027年に本格稼動すれば、年間30ギガワット時のナトリウム･イオン電池を生産する予定である。BYDはまさに競合相手に食指を走らせているようである。
これは、BYDがエネルギー貯蔵ポートフォリオの多様化とナトリウム･イオン電池のコスト削減を目指す取り組みの一環である。同社によると、同社のナトリウム･イオン電池は既に2025年までに標準的なリン酸鉄リチウム電池の価格に匹敵する見込みで、技術が成熟するにつれて最終的には最大70％安くなる可能性があるとのことである。
BYDはまた、同社初の実用規模のナトリウム電池エネルギー貯蔵システムであるMC Cubeナトリウム･イオン電池エネルギー貯蔵システムの展開も開始した。このシステムは1,155 kWの出力と2.3 MWhの蓄電容量を誇る。これは堅実な数字であるが、平均的なリチウム・イオン電池エネルギー貯蔵システムよりも低い数値である。そこで大きな疑問が浮かぶ。ナトリウム独自の利点は、既存のリチウム・システムとの競争に役立つか？そして、BYDが予測する価格低下は実際に起こるか？もしどちらかの答が「イエス」でれば、近い将来、より多くのナトリウム･イオン電池が見られるようになるであろう。しかし、今は様子見である。
中国で動きを見せているのは、BYDだけではない。Zhejiang Hu Na Energyは最近、自社のナトリウム･イオン電池生産ラインの登録とコーディングを発表した。同社は現在、4 GWhのナトリウム･イオン電池セルとモジュールを生産できる。これはまだ第一段階に過ぎない。同社は将来的にナトリウム･イオン電池生産能力を20 GWhまで拡大する計画であるとしている。
もちろん、明確な期限は設定されていない。しかし、これは業界が転換期を迎えていることを示すもう一つの兆候である。地球上の市場の大きな変化に備えている。がすぐに枯渇するわけではないことを考えると…ええ、そうなることを願っている。
ナトロン社
もちろん、ナトリウム・イオン技術を推進しているのは中国だけではない。アメリカでは、カリフォルニアに拠点を置くNatron Energyが、標準的なリチウム・イオン電池の10倍の充放電速度を誇るナトリウム･イオン電池を開発した。推定寿命は5万サイクルと、期待が持てる。しかし、ナトロン社はナトリウム･イオン電池の弱点である重量ベースのエネルギー密度を公表していない。2022年のChemical & Engineering Newsの記事によると、ナトロン社のエネルギー密度はわずか70 Wh/kgで、ナトリウム･イオン電池の中では非常に低くい数値である。これはデータ・センターや通信などの定置型蓄電用途には適しているが、EVへの取り組みに対する信頼感は必ずしも高くない。
しかし、ナトロン社を信に議論する価値があるのは、本格的な商業生産への取り組みである。同社はノースカロライナ州エッジコム群に24 GWhの生産能力を持つ自社ナトリウム・イオン・ギガファクトリーを建設中である。
ナトロン社にとって、これは初めての試みではない。昨年、同社はミシガン州ホランドに小規模なナトリウム･イオン電池工場を開設した。これは、少なくとも大規模施設が稼動するまでは、現在、アメリカで唯一の工場となる。ホランド工場はフル稼働時、年間600 MWのナトリウム･イオン電池を生産する予定である。現在の生産量は不明であるが、ナトロン社によると、電池の出荷は今年6月に開始される予定である。
Dincă Group
ナトリウム･イオン電池はようやく実用化されつつあるものの、研究者達はその限界に挑戦し続けている。アメリカでは、プリンストン大学とマサチューセッツ工科大学のDincă研究室の科学者達が、深呼吸用のビステトラ・アミノベンゾ・キノン(TAQ)から作られた新しい有機正極を用いたナトリウム･イオン電池を開発した。発音しようとして頭がショートしてしまうのが嫌なので、ここではTAQとだけ呼ぶ。
では、有機正極とは何か？そして電池のどのような効果をもたらすのだろうか？ここで言う「有機」とは、この正極が容易に入手可能な非金属元素、つまり炭素、水素、酸素、窒素と言った物質から作られていることを意味する。リチウム・イオン電池の負極は、多くの場合、同様の材料()通常はグラファイト)で作られているが、正極も有機材料にすることは大きな課題である。通常、正極はコバルトのように希少で採掘が困難な金属に依存している。正極と負極の両方に金属を含まない完全有機電池は、ゲームチェンジャーとなる可能性がある。
では、なぜ全ての電池が有機正極を採用していないのだろうか？問題は、有機正極が電解液に溶解しやすく、電解液と正極の両方を劣化させてしまうことである。しかし、Dincă Groupによると、TAQは「完全に不溶性」で、誘導性が高く、高いエネルギー密度を誇る。実際、従来のコバルト系正極の約3分の1のコストで匹敵する可能性がある。
TAQはもともとリチウム・イオン電池用に開発されたが、その成果から新たなアイデアが生まれた。ナトリウム･イオン電池に適用したらどうなるであろうか？ナトリウムの最大の欠点の一つはエネルギー密度の低さである。コストと持続可能性のメリットを全て維持しながら、この弱点を克服するのはどうであろうか？ナトリウム電池用の正極に適用させるには、リチウム・イオン技術から容易に転用できない設計原理を微調整する必要があり、1年をかけて改良を重ねた。しかし、その結果は研究者達を驚かせた。
筆頭著者のTianyang Chenは次のように述べている：
「我々が選んだバインダーであるカーボン・ナノチューブは、TAQ微結晶
とカーボン・ブラック粒子の混合を促進し、均質な電極を実現する。カーボン
・ナノチューブはTAQ微結晶を密着して包み込み、それらを相互に連結する。
これらの要素はいずれも電極バルク内の電子輸送を促進し、活物質の利用率を
ほぼ100％に高め、ほぼ理論上の最大容量を実現する。」
これまで取り上げてきた他のナトリウム電池とは異なり、この画期的な技術はまだ計画段階である。いつ商品化されるのか、第三者機関の試験に合格するのか、あるいは一般的なハードルを全て乗り越えられるのかさえ、全く分からない。しかし、リチウム電池とナトリウム電池の両方にとって、これは依然として刺激的な開発である。ちなみに、Dincă Groupの初期研究はランボルギーニの資金提供を受けていた。つまり、この技術が市場に投入されれば、高級自動車メーカーは既に参入し、活用の準備を整えているということである。
Northvolt
ナトリウム･イオン電池の未来は明るいように見えるが、注意が必要である。輝いているからと言って、それが…塩のように硬いとは限らない。
2023年11月、スェーデンのメーカーであるノースボルトは、160 Wh/kgという優れたエネルギー密度を誇る独自のナトリウム･イオン電池を発売した。優れた性能ではあるものの。完全に固体というわけではない。同社はニッケル、マンガン、コバルト配合で既に大きな話題を呼んでいたが、他の多くの企業と同様に事業拡大を目指していた。スェーデンのシェレフテオに最初のギガファクトリーを開設し、スェーデン、ポーランド、ドイツにも施設を建設した後、ノースボルトは北米に目を向け、モントリオールに電池工場を建設する計画を立てた。
しかし、翌年の11月には、ノースボルトは連邦倒産法第11章の適用を申請した。これは再建型の倒産であるため、それほど深刻な事態ではない。ノースボルトは、スェーデンでの事業は通常通り継続し、別々に資金援助を受けているドイツと北米の子会社には影響がないと述べている。
私は国際的な企業金融法の専門家ではないので、その影響をすべて把握しているふりはしない。連邦倒産法第11章は複雑だと聞いている。ノースボルト社は。この「自主再建」によって1億4,500万ドルの現金担保と1億ドルの債務者保有融資を利用できると主張している。一方で、破産は(種類に関わらず)必ずしも安心できるものではない。では、これは単なる金銭的ごまかしなのか、それともより深刻な問題の兆候なのか？いずれ分かるであろう。
残る問題
経済的な側面もある。ナトリウム･イオン電池はリチウム不足の時期に注目を集めたが、今はどうか？リチウム価格は急落しており、供給過剰により過去3年間で70％も下落している。この価格下落は、少なくとも今のところ、ナトリウムの経済的根拠を弱めている。
2025年2月のScience誌の記事で、コロンビア大学 の電気化学者Dan Steingartは、ナトリウム･イオン電池メーカーは規模の経済を享受するにはまだ規模が小さすぎると指摘した。また、2025年1月にスタンフォード大学が発表したナトリウム･イオン電池の市場成功への道筋を検証した研究では、ナトリウム･イオン電池がいつコスト競争力を持つようになるのかさえ、依然として非常に不確実であると指摘されている。
そしてもちろん、リチウムは依然として複数の産業を鉄(リン酸鉄)で支配している。ナトリウム･イオン電池は「ドラッグ＆ドロップ」で簡単に導入できる可能性を秘めているが、製造業と消費者の需要の変化には時間がかかる。これはジレンマを生み出す。ナトリウム電池は大量生産されて初めて安価になるが、実際に安価になるまでは、その規模には達しない可能性がある。
では、ナトリウム電池はどうなるのであろうか？正直なところ、非常にエキサイティングな状況にある。新しい電池技術について取り上げ際、私は往々にして「まだ計画段階です」「実用化には何円もかかります」といったお決まりの断り文句でブレーキをかけざるを得ない。しかし、ナトリウム･イオン電池はどうであろうか？世界最大級の電池メーカーの支援を受け、既に市場投入が始まっている。これは、市場が「塩辛い」という見通しが実際には好ましいと言える数少ない事例の一つかもしれない。これだけでも、ナトリウム･イオン電池は技術成熟度レベル(電池エネルギー貯蔵システムでは9、その他の用途ではそれより少し下)の高いレベルに位置している。
確かにナトリウム･イオン電池にはまだ課題が残っている。しかし、他の新興電池技術と比べると、これらの課題はあるかに克服しやすいように思われる。そして、もしナトリウム･イオン電池が成功すれば、ナトリウム･イオンはまさに我々の電力網に必要な「調味料」となるかもしれない。
