ナトリウムイオン電池 : 研究から商業化まで

既存のエネルギー貯蔵技術の中で、リチウムイオン電池（LIB）は、比類のないエネルギー密度と汎用性を持っています。LIBが初めて実用化されて以来、LIBの成長は携帯機器に牽引されてきました。しかし近年では、電気自動車や定置型といった大型品での用途も登場しています。LIBの原料はその鉱床が偏在していて価格変動が大きく、これら大型品用途はLIBのバリューチェーンにかつてない圧力をかけています。結果として、代わりとなるエネルギー貯蔵方式が必要とされています。ナトリウムイオン電池（SIBまたはNa-ion電池）は、「リチウムを超える」最も有望なエネルギー貯蔵技術の1つです。 IDTechExの最新調査レポート『ナトリウムイオン電池 2023-2033年』は、商業化への展望と主要な課題について解説しています。

 

ナトリウムイオン電池（SIB）は商用化を目前にしている先進の電池技術であり、リチウムイオン電池に比べて、コスト、安全性、持続可能性、性能の面で利点が期待できます。SIBは、広く入手できる安価な原料と従来のリチウムイオン製造法を利用できるため、スピード感のあるスケーラビリティを見込めます。SIBは、重量や体積ではなく、生涯運用コストが最優先されるカーボンニュートラルなエネルギー貯蔵に対する世界的な需要を満たす上で、魅力的な選択肢となります。ナトリウムイオン電池は、リン酸鉄リチウム電池に匹敵する特性を持つものが増えており、自動車への応用も可能であることが示唆されています。

 

SIBの基本的な動作原理はLIBと同じですが、SIBでは可動陽イオンとしてリチウムではなくナトリウムに依存しています。ナトリウムはリチウムとは異なり、室温ではアルミニウムとの合金化反応が起きないため、負極側の銅の集電体をより安価なアルミニウムに置換することができます。これにより、完全に放電した、無電圧の状態でのSIBの輸送が可能となり、SIBのコスト低減と輸送リスクの軽減が実現します。鱗状黒鉛ではナトリウムイオンの貯蔵能力が低いため、通常は負極活物質として黒鉛（グラファイト）の代わりにハードカーボンを使用します。正極には、層状遷移金属酸化物や、ポリアニオン化合物、プルシアンブルー類似体をベースとするさまざまな化学物質を使用できます。正極集電体はもちろんのこと、電解質とセパレータも、電解質にナトリウム塩を使用すること以外はLIBに類似しています。IDTechExの調査レポート『ナトリウムイオン電池 2023-2033年』では、セルコストの内訳など、ナトリウムイオンの材料・化学を比較し、市場の可能性を評価しています。

 

 

ナトリウムイオン技術は同じようなタイプの電極と電解質を用いるリチウムイオンを模倣したものですが、ナトリウムはリチウムの3倍重く、酸化還元電位も300mV低いため、リチウムイオンと比較すると、ナトリウムイオン技術は本質的にエネルギー密度が少なくとも30%は低くなります。そのため、バッテリー式電気自動車などの高エネルギー密度が要求される用途には、ナトリウムイオン技術単独での使用ケースは減少しています。しかしながら、定置型エネルギー貯蔵、電動二輪車、電動マイクロカーなど、エネルギー密度がそれほど重要ではない用途では、その出力、安全性、コスト特性により、ナトリウムイオン電池が理想的なソリューションとなる可能性があります。ナトリウムイオンを扱う企業のほとんどは中国を拠点としています。しかしながら、定置型エネルギー貯蔵、電動二輪車、電動マイクロカーなど、エネルギー密度がそれほど重要ではない用途では、その出力、安全性、コストの特性により、ナトリウムイオン電池が理想的なソリューションとなる可能性があります。

 

ナトリウムイオン電池の有望な応用分野。 出典: IDTechEx - 『ナトリウムイオン電池 2023-2033年』

 

 

ナトリウムイオンを扱う企業のほとんどは中国を拠点としています。中国政府は、電池の安定供給を確保することや次世代電池の開発で主導権を握るという観点から、国内のナトリウムイオン電池産業の発展を支援しています。IDTechExの調査では、中国だけで20社近くの企業がナトリウムイオン電池技術に取り組んでいます。これは、この地域の特許活動が最も活発なことにも反映されています。市場の見通しについては不透明感が残るものの、ナトリウムイオン電池に将来性を見いだしている欧米の企業が事業参入の動きを見せています。

 

IDTechExの最新調査レポート『ナトリウムイオン電池 2023-2033年』は、サプライチェーンを含む主要なNa-ionプレーヤーの分析を行っています。これには、技術分析、製品紹介、ロードマップ、財務/資金調達、材料、セル仕様、製造、サプライチェーン、パートナーシップ、特許分析、将来ビジネス、SWOT分析などが含まれます。