ナトリウムは電池の状況をどのように変えることができるか

May 06, 2023

より安価なバッテリーが登場する可能性があります。

この記事は、MIT Technology Review の週刊気候ニュースレター The Spark からのものです。 毎週水曜日に受信箱で受け取るには、ここからサインアップしてください。

今週はバッテリーについて話しているので、バックルを締めてください。

過去数か月間、私は新しいタイプのバッテリーに関する多くの発表に気づきました。私が聞いているすべての約束が真実であることが判明した場合、状況を大きく揺るがす可能性があります。

新たな挑戦者? ナトリウムイオン電池は、ナトリウムをリチウムに置き換えて、今日のほとんどのEVや携帯電話やラップトップなどのデバイスに電力を供給します。

ナトリウムイオン電池は早ければ今年末にも電池市場の一部に進出する可能性があり、EVのコスト削減に大きく貢献する可能性がある 。 私は最近のすべての発表について記事を書きました。どのような企業がこのトレンドに乗り出しているのか、またその計画は何なのかについて興味があるなら、ぜひ読んでみてください。しかし、今週のニュースレターでは、化学をもう少し深く掘り下げて、その詳細が EV バッテリーの将来に何を意味するのかを考えてみましょう。

今日、リチウムが電池の主流となっている理由の 1 つは、まったく、驚くほど単純です。それは、リチウムが小さいということです。

私が言いたいのは、最も文字通りの、原子的な意味です。 リチウムは 3 番目に軽い元素で、水素とヘリウムよりも重いです。 結局のところ、コンパクトで軽量な電池を作ろうとするなら、現存する最軽量の金属に勝るものはありません。

そして、重量とサイズを削減することが、iPhone から EV まであらゆるものを作る目標です。軽量で強力なバッテリーは、携帯電話を小型化し、車をより遠くまで走らせることができることを意味します。 したがって、バッテリーの進歩を測定する主な方法の 1 つは、エネルギー密度、つまりバッテリーが所定のサイズにどれだけのエネルギーを詰め込めるかということです。

企業が計画を実行すれば、今年中にナトリウム電池が市場に出始める可能性がある。

この化学的現実を見ると、1990 年代の商用デビュー以来、リチウムイオン電池の人気が爆発的に高まったのもほとんど不思議ではありません。大量の電力を供給するために高電圧に達するリチウムイオンの能力など、明らかに他の要因もありますが、軽量で持ち運びやすいという利点は、いくら強調してもしすぎることはありません。

リチウムイオン電池も既存の電池の恩恵を受けています。世界中で無数の研究者が新しい材料やリチウムイオン電池の新しい製造方法を探し求めており、多くの企業がリチウムイオン電池をより多く製造しており、そのすべてが効率性の向上につながります。 その結果、コストは数十年にわたって基本的に毎年低下してきました（2022 年の顕著な例外を除く）。

そして同時に、エネルギー密度も上昇しており、私は個人的にこの傾向に感謝しています。なぜなら、私は一度に何日も携帯電話の充電を忘れることがよくあるからです。通常、それが起こったときは、数年前よりも今のほうがはるかにうまくいきます。数年前。

しかし、リチウムイオンが今日バッテリーの世界を支配しているからといって、それが競争を永久に打ち負かすことを意味するわけではありません。

私は以前、主に電力網上の定置型蓄電の文脈で、バッテリー業界における選択肢の増加について書きました。これは、風力や太陽光などの断続的な再生可能エネルギー源への移行において特に重要です。

現在、バックアップ システムにはリチウム イオン バッテリーが入手可能なものなので使用する傾向がありますが、多くの企業が最終的にはさらに安価で堅牢になる可能性のあるバッテリーの開発に取り組んでいます。 言い換えれば、多くの研究者や企業は、定置式蓄電池専用のバッテリーを設計したいと考えています。

たとえば、新しい電池は鉄やプラスチックなどの豊富な材料で作られる可能性があり、充電の往復に有機溶媒の代わりに水を使用する可能性があり、大規模なリチウムイオン電池設置の安全性に関する根深い懸念に対処する可能性がある。

しかし、車両に対する需要が非常に高いため、定置型貯蔵庫と比較して、EV バッテリーで使用できる候補者は少ないです。現在、商業市場における競争のほとんどは、さまざまな種類のリチウムイオン電池間で行われており、コバルトとニッケルを含まないいくつかの低価格バージョンがここ数年で台頭しています。

しかし、周期表のリチウムのすぐ下に挑戦者、ナトリウムが潜んでいるため、この状況もすぐに変わる可能性がある。ナトリウムはいくつかの点でリチウムに似ており、この材料で作られた電池はリチウムイオン電池と同様の電圧に達することができます（つまり、電池に電力を供給する化学反応がほぼ同じ強力になります）。

そして重要なことに、ナトリウムベースの電池は最近、より小さなパッケージにより多くのエネルギーを詰め込んでいます。 2022 年には、ナトリウム イオン電池のエネルギー密度は、10 年前の一部の低級リチウムイオン電池のエネルギー密度とほぼ同じになっていました。そのとき、テスラ ロードスターのような初期の商用 EV がすでに道路に登場していました。

BNEFの予測によれば、ナトリウムイオン電池は2025年までに1kgあたり150ワットアワー近くのパック密度に達する可能性がある。また、中国の一部の電池大手や自動車メーカーは、この技術はすでにゴールデンタイムに十分通用すると考えている。 これらの発表の詳細と、最初のナトリウム電池を搭載した自動車がいつ道路を走行するかについては、この技術に関する私のストーリーをご覧ください。

ここでは、ナトリウム電池がどのようにして EV に応用されるのかを説明します。

私は、今年バッテリーに何が起こるかについて、1月の記事でこの種の進歩の可能性について書きました。

ナトリウムは、低コストのリチウムイオン電池と競合する可能性があります。これらのリン酸鉄リチウム電池は、EV 販売に占める割合が増加しています。

他の非リチウムベースのバッテリーのツアーをご覧ください。

ある新興企業は、5年以内に世界初の核融合発電所を稼働させる準備が整うと述べている。 はい、その通りです。5 年間です。

OpenAIのサム・アルトマン氏が支援する核融合スタートアップのHelion Energyは、マイクロソフトに電力を販売する契約を準備していると発表した。 同社によれば、最初の発電所は2028年に稼動し、その後1年以内にフル稼働（出力50メガワット）に達する予定だという。

覚えているかもしれませんが、エネルギーの世界は 12 月に、核融合反応を開始するために投入されたエネルギーよりも多くのエネルギーが生成されるという大きな節目を迎えました。 しかし、さまざまな理由から、その象徴的な瞬間は、必ずしも安価な核融合発電が私たちの手の届くところにあることを意味するわけではありません。 そして一部の専門家はHelionの発表にかなり懐疑的だ。 詳細については、私の同僚の James Temple からのこの記事をお読みください。

あなたの EV でさらに数マイルの航続距離が必要ですか? 屋根にソーラーパネルを載せてもいいかもしれません。ただし、あまり効果を期待しないでください。 (ブルームバーグ)

生まれて初めて季節性アレルギーを経験したようです。 そして気候変動がそれに関係しているかもしれない 。 （アトランティック）

企業はいわゆる「再生可能な天然ガス」の可能性を過剰に売り込んでいる可能性がある。化石資源と比べて排出量を削減できる一方で、批評家らは、牛の糞尿や生ご​​みから作られるメタンを大量に貯蔵すると、化石燃料を廃止する取り組みが遅れるのではないかと懸念している。 (カナリアメディア)

→ 私は今年の初めに、食品残渣からメタンを生成し回収するプロセスがどのように機能するかについて書きました。 (MIT テクノロジーレビュー)

オーブリー・プラザは陽気で、この世界への贈り物です。しかし、一部の人々は、彼女が乳製品業界のために植物ベースのミルクをターゲットにした最近の広告を行ったことをあまり良く思っていません。(ヴォックス)

インドはパイプラインへの新たな石炭火力発電所の追加を中止する可能性がある 。 これによって現在の建設工事がすべて停止されるわけではないが、国の排出削減を大きく後押しする可能性がある。 (ロイター)

バッテリーの性能を向上させるための多くの取り組みは、基本的にデバイスの半分であるカソードに集中して行われてきました。しかし、一部の企業は、シリコンを使用することで見落とされがちな陽極の改善に熱心に取り組んでいます。(IEEE スペクトル)

→ スタートアップ Sila のシリコン陽極は、約 2 年前にフィットネス トラッカーでデビューしました。 次の停留所は？ EV。 (MIT テクノロジーレビュー)

ギャラップの最新世論調査によると、米国の原子力への支持はここ10年以上で最高水準に達したばかり 。 (グリスト)

昨年のノルウェーの新車販売の80％を電気自動車が占めた。この国は、電化交通機関の利点 (よりきれいな空気!) と課題 (長い充電ライン) の潜在的な将来像を示しています。（ニューヨーク・タイムズ）

蓄熱電池は、太陽光発電や風力発電の新たな利用ルートを提供することで、排出量の削減に役立つ可能性がある。

企業が計画を実行すれば、今年中にナトリウム電池が市場に出始める可能性がある。

OpenAIのサム・アルトマン氏が支援するHelionは、すでにマイクロソフトを最初の顧客として挙げている。

気候変動により世界中でより多くの地域社会が火災に対して脆弱になっているため、適応には材料工学以上の社会変革が必要になる可能性があります。

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