EV用バッテリーの未来：次に何が来るのか？

解説

電気自動車（EV）が主流になるにつれ、より優れた、より急速充電が可能で、より長持ちするバッテリーへの需要が高まっている。研究者やメーカーは、性能、安全性、持続可能性を高める次世代バッテリー技術の開発に取り組んでいます。ここでは、EVバッテリーの世界で次に来るものを紹介する。

1.固体電池

固体電池は、従来のリチウムイオン電池の液体電解質を固体材料に置き換え、安全性とエネルギー密度を向上させます。以下のような利点がある：

• 高いエネルギー密度：より小型で軽量なバッテリーでより多くの電力を供給。
• より速い充電：数時間ではなく数分で充電可能。
• 長寿命：経年劣化の低減
  トヨタやBMWを含む大手自動車メーカーは、ソリッド・ステート・テクノロジーに多額の投資を行っており、2020年代後半には大量生産が見込まれている。

2.リチウム鉄リン酸塩（LFP）の改善

LFP電池は、その手頃な価格と耐久性により人気を集めている。 LFP化学の進歩によりエネルギー密度が向上し、従来のリチウムイオン電池との競争力が高まる一方、より安全で長寿命である。

3.ナトリウムイオン電池

ナトリウムイオン電池は、リチウムの代わりに豊富なナトリウムを使用し、希少な原材料への依存を低減します。以下の特長があります：

• 低コスト：高価なリチウムやコバルトは不要。
• より優れた寒冷地性能：低温での安定性が高い。
  エネルギー密度はリチウムイオンより低いが、CATLやBYDのような企業がエントリーレベルのEVやグリッド・ストレージ向けに実用化を進めている。

4.超高速充電ソリューション

シリコンアノード技術を含む新しいバッテリー設計は、超高速充電を約束し、充電時間を10分未満に短縮する。 これにより、EV充電はガソリン車への給油と同じくらい便利になる。

5.より長寿命でリサイクル可能なバッテリー

環境負荷を低減するために、バッテリーのリサイクルとセカンドライフ・アプリケーションは優先事項となっている。レッドウッド・マテリアルズやテスラのような企業は、持続可能なバッテリーのサプライチェーンに注力している。

6.ワイヤレス充電とスマート充電

ワイヤレスEV充電とビークル・ツー・グリッド（V2G）技術は、利便性とグリッド効率を向上させ、EVから家庭や都市への電力供給を可能にすると期待されている。

リチウムイオン（Li-ion）電池

リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、比較的軽量で、ライフサイクルが長いため、現在EV市場を支配している。リチウムイオン電池は、正極から負極へのリチウムイオンの交換によって作動し、自動車の推進に不可欠な電気エネルギーを生成する。 リチウムイオン電池には、急速充電、高性能、充電1回あたりの航続距離の増加など、いくつかの利点があり、世界中の自動車メーカーにとって新しい標準となっている。

しかし、リチウムイオン技術そのものは、安全上の懸念、熱規制、資源制限によって脅かされている。リチウム製造には資源を大量に消費する工程があり、熱と電池の危険性は、代替技術の研究をもたらす主要な懸念事項のひとつであり続けている。

ニッケル水素（NiMH）電池

ニッケル水素電池は、主にその実証済みの信頼性と低い製造コストにより、EV開発の初期に非常に有望視されていた。ニッケル水素電池は、金属水素化物合金に水素を貯蔵するメカニズムで作動し、リチウムイオンと比較して優れた安全性プロファイル、過熱リスクの低減、容易な熱管理要件などの利点を有する。

しかし、ニッケル水素電池はエネルギー密度がはるかに低く、重量が重いため、走行距離が短くなる。ニッケル水素電池はハイブリッド車に搭載されていますが、市場ではより優れた性能特性を提供するリチウムイオンや新しい固体電池技術に取って代わられつつあります。

固体電池

ソリッド・ステート・バッテリーは、一般的にEVバッテリー技術の未来と考えられています。液体電解質を利用するリチウムイオン電池に比べ、固体電池は固体電解質を使用するため、引火性や液体電解質の流出が減少し、安全性が大幅に向上します。エネルギー密度が向上し、走行距離の延長、充電の高速化、熱安定性の向上が可能になります。

大手自動車メーカーはすでに固体電池の開発に多額の投資を行っており、今後10年以内に大量に市場に投入されるものと期待されている。しかし、拡張性、製造の複雑さ、高い初期生産コストなど、克服すべき課題がある。これらの課題を克服し、固体電池を既存の電池技術に代わる競争力のあるものにすることを目標に、研究は続けられている。

よくある質問

固体電池がリチウムイオン電池より安全なのはなぜですか？

固体電池は固体電解質を使用しているため、リチウムイオン電池の可燃性液体電解質に関連するリスクが軽減され、全体的な安全性が大幅に向上します。

ニッケル水素電池は電気自動車に適していますか？

ニッケル水素電池は、エネルギー密度が低いため完全な電気自動車ではあまり一般的ではありませんが、低コストで信頼できる安全性により、ハイブリッド電気自動車では依然として適切です。

固体電池はリチウムイオン電池に完全に取って代わるのでしょうか？

ソリッド・ステート・バッテリーは大きな可能性を秘めていますが、完全に置き換わるかどうかは、現在の製造の複雑さ、拡張性の問題、製造コストの克服にかかっています。

リチウムイオン・バッテリーからの移行による環境上の利点は何ですか？

固体電池やその他の代替品に移行することで、水不足、汚染、景観の乱れなど、リチウムの採掘に関連する環境への影響を減らすことができます。

固体電池がEVに実用化されるのはいつですか？

固体電池は今後10年以内に実用化されると予想されており、多くのメーカーが2030年までに大幅な市場投入を見込んでいます。