今後10年間に期待される5つの電気自動車用バッテリー技術

「バッテリーのブレイクスルー」を謳う声は数多く聞かれるが、研究室から電気自動車に実用化された技術はごくわずかだ。IDTechExのプラナフ・ジャスワニ氏やブルームバーグNEFのエヴェリーナ・ストイコウ氏といった専門家はWiredに対し、小さな改善でも適切な場所で実施すれば大きな違いを生み出すことができるものの、安全要件、製造検証、そして経済的な実現可能性といった問題から、実現には何年もかかることが多いと述べている。

リチウムイオンはEV時代の基盤であり続ける

これまでの大きなブレークスルーは、リチウムイオン電池を中心としています。「リチウムイオンは非常に成熟しています」とエヴェリーナ・ストイコウ氏は言います。投資規模と既存のサプライチェーンを考えると、他の化学材料が今後10年間で追いつくのは困難です。それでも、組成やプロセスを1つ変更するだけで、航続距離を約50マイル延ばしたり、製造コストを大幅に削減して自動車の価格を下げることができるとプラナフ・ジャスワニ氏は言います。

本当に違いを生み出す5つのステップ

LFP: コストを削減し、安定性を維持

重要性：リン酸鉄リチウム（LFP）バッテリーは、高価で採掘が困難なニッケルとコバルトの代わりに、鉄とリン酸を使用しています。LFPはより安定しており、繰り返し使用しても劣化が緩やかです。

潜在的なメリット：バッテリーコストと車両価格の低減。電気自動車がガソリン車と競合する中で特に重要です。LFPは中国で既に普及しており、今後数年のうちに欧州と米国にも普及すると予想されています。

課題:他のオプションに比べてエネルギー密度が低く、バッテリーパックあたりの範囲が狭い。

NMCのニッケル含有量が高い：範囲は広く、コバルトは少ない

重要性：リチウムニッケルマンガンコバルトにおけるニッケル含有量を増やすことで、サイズや重量を増やすことなくエネルギー密度と航続距離が向上します。また、高価で倫理的に問題のある金属であるコバルトの使用量を削減することも可能です。

課題：安定性の低下、ひび割れや爆発のリスクの増大、より厳格な設計と熱管理の必要性、そしてコスト増加につながる。高級電気自動車に適している。

乾式電極プロセス：溶剤を最小限に抑え、生産効率を向上

重要性：乾式電極技術では、材料を溶剤と混合してから乾燥させるのではなく、乾燥粉末を混合してからコーティングとラミネートを行います。溶剤の使用量を減らすことで、環境、健康、安全へのリスクを軽減します。乾燥工程を省くことで、ターンアラウンドタイムの短縮、効率性の向上、製造スペースの削減が可能になり、これらすべてがコスト削減につながります。

展開状況:テスラがアノードに申請中。LG と Samsung SGI がラインをテスト中。

課題:乾燥粉末処理は技術的に複雑であり、大量生産を安定させるには微調整が必要です。

セル・トゥ・パック：容積を活用し、約80kmを追加

重要性：モジュールを省略し、セルをバッテリーパックに直接配置することで、同じスペースにより多くのセルを詰め込むことができます。プラナフ・ジャスワニ氏によると、この技術により、製造コストを削減しながら、航続距離を約80km延長し、最高速度を向上させることができます。テスラ、BYD、CATLはすでにこの技術を採用しています。

課題:モジュールなしでは熱不安定性と構造強度を制御することがより困難になり、故障したセルの交換が複雑になり、クラスター全体を開けたり交換したりする必要が生じることもあります。

シリコン陽極：高密度エネルギー、6～10分の急速充電

重要性：グラファイト陽極にシリコンを添加すると、蓄電容量（航続距離の延長）が増加し、充電速度も向上します。フル充電までわずか6～10分で済む可能性があります。テスラはすでにシリコンを混合しており、メルセデス・ベンツとゼネラルモーターズは量産に近づいていると述べています。

課題：シリコンは周期的に膨張・収縮するため、機械的ストレスや亀裂が生じ、時間の経過とともに容量が低下します。これは、携帯電話やバイクなどの小型バッテリーでは現在、一般的になっています。

テクノロジー	主なメリット	チャレンジ	状態
LFP	低コスト、安定、劣化が遅い	エネルギー密度が低い	中国で人気、EU/米国でも増加が見込まれる
高ニッケル（NMC）	密度を高め、コバルトを減らす	安定性が低く、熱制御のコストが高い	高級車に最適
乾式電極	溶剤の削減、効率の向上、コストの削減	乾燥粉末の取り扱いにおける技術的課題	テスラ（アノード）；LG、サムスンSGIがテスト済み
セルからパックへ	航続距離を約80km延長し、コストを削減	熱制御、修理が難しい	テスラ、BYD、CATLのアプリケーション
シリコン陽極	より長い航続距離、6～10分の急速充電	膨張するとひび割れが生じ、容量が低下します。	大量生産に近づいている

有望な技術だが、市場に出るまでにはまだ遠い

ナトリウムイオン：入手しやすく、安価で、熱に安定している

重要性：ナトリウムは安価で豊富に存在し、リチウムよりも加工が容易なため、サプライチェーンのコスト削減につながります。ナトリウムイオン電池はより安定しており、極端な温度下でも優れた性能を発揮するようです。CATLは来年から量産を開始する予定で、この電池は中国の乗用車市場の最大40%を占める可能性があります。

課題：ナトリウムイオンは重く、エネルギー密度が低いため、定置貯蔵に適しています。この技術はまだ初期段階にあり、サプライヤーも実績のあるプロセスも限られています。

全固体電池：高密度、安全だが製造が難しい

重要性：液体／ゲル電解質を固体電解質に置き換えることで、高密度化、充電速度の高速化、長寿命化、そして液漏れリスクの低減が期待されます。トヨタは、2027年または2028年に全固体電池を搭載した自動車を発売すると発表しています。ブルームバーグNEFは、2035年までに全固体電池が電気自動車および蓄電池生産の10%を占めると予測しています。

課題:一部の固体電解質は低温では性能が低下します。製造には新しい設備が必要です。欠陥のない電解質層を作成するのは困難です。電解質の選択に関する業界の合意が欠如しているため、サプライチェーンが困難になっています。

素晴らしいアイデアだが普及させるのは難しい

ワイヤレス充電：最大限の利便性、コストの壁

これが重要な理由：プラグイン不要の駐車と充電は、一部のメーカーが間もなく利用可能になると述べている。ポルシェはプロトタイプを披露しており、来年には商用バージョンを発売する予定だ。

課題：プラナフ・ジャスワニ氏によると、有線充電は現在では効率的で、設置コストもはるかに安価になっている。ワイヤレス充電は、バスがドックに停車中に走行中に充電するなど、一部のニッチなケースでは導入される可能性はあるものの、主流となる可能性は低い。

結論：期待は根拠があるが、進化には時間がかかる

現在最も有望なバッテリー技術は、主にリチウムイオンシステム内の最適化です。LFP（リチウムポリマーファブリケーション）はコスト削減、高ニッケル化は密度向上、ドライ電極とセル・トゥ・パックは製造コスト削減、シリコンアノードは充電速度向上に貢献しています。一方、ナトリウムイオンと全固体電池は長期的な可能性を秘めていますが、生産上のハードルは高いです。専門家が強調するように、電気自動車において小さな変化が現れるまでには最大10年かかることもあり、安全基準と経済性を考慮した改良のみが市場に投入される可能性があります。

出典: https://baonghean.vn/5-cong-nghe-pin-xe-dien-dang-ky-vong-trong-thap-ky-toi-10310384.html