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バッテリー技術の最新動向は何ですか?

スタファン ランドグレン
2024-12-11
テクノロジーとイノベーション エレクトロモビリティ 代替燃料
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スタファン ランドグレン
テクノロジー戦略・分析担当ディレクター

近年、バッテリー技術の向上により電気輸送が急増しました。 しかし、この分野における次の大きなトレンドとイノベーションは何であり、それらは大型トラックにとってどのような意味を持つのでしょうか?
 

バッテリーはeモビリティの核心を成すものであり、性能、価格、信頼性のいずれの改善であっても、電気輸送への移行を加速させます。 比較的短期間ですでに大きな進歩が遂げられています。
 

バッテリー技術の発展

最初の商用リチウムイオン電池は1991年に発売されましたが、その価格と容量により、その使用は民生用電子機器に限られていました。 しかし、価格が急落するにつれて状況は急速に変わり、乗用車、そして後に大型トラックにも採用可能なオプションとなりました。 2010年以降、コストは1キロワット時あたり1,400米ドルから2023年には1キロワット時あたり140米ドルまで下がり、 90% の削減となります

 

主なブレークスルーは、1980年のLCO (リチウムコバルト酸化物) 電池の発明と、リチウムをカソード材料として使用するという革新的な原理でした。 これにより、既存のバッテリーのエネルギー密度が即座に2倍になりました。 それ以来、さまざまなバッテリー化学が進化を続け、エネルギー容量、寿命、安全性、性能が向上しました。

 

2001年にはNMC (ニッケルマンガンコバルト) 電池が開発され、非常に高いエネルギー密度と優れた熱安定性を実現できることから、自動車業界で急速に普及しました。 しかし現在では、LFP (リン酸鉄リチウム) 電池が業界で主流になり始めています。 この電池では、エネルギー密度がNMC電池よりも低くなりますが、安全性が向上し、長寿命、低コストで、環境への影響が軽減されます。 

今後数年間でどのような新しいバッテリー技術が登場するのでしょうか?

多くの新しいテクノロジーが開発されています。 エネルギー密度の向上に関しては、固体電池に大きな期待が寄せられています。 これには、液体の電解質をセラミックや固体ポリマーなどの固体材料に置き換えることが含まれており、より小型で軽量なバッテリーに、より多くのエネルギーを蓄えることができます。 電気トラックの場合、これにより走行距離が長くなります。 ただし、固体電解質を使用した場合、液体電解質に比べてバッテリーの抵抗が増加します。 そのため、充電速度と時間の経過によるパフォーマンスの低下に関しては、現在課題が存在します。 しかし、この技術はリチウムイオン電池の限界を減らす大きな可能性を秘めており、開発が続けられています。 例えばトヨタは、2027年までに固体電池EVの商業生産を開始することを目指しています。

 

バッテリー開発を推進するもう一つのトレンドは、より安価で持続可能なソリューションの必要性です。 ここでは、ナトリウムイオン電池が有望な選択肢になります。 現在、これらの電池のエネルギー密度はリチウムイオン電池の約半分ですが、コストも約半分であるため、この技術はエネルギー需要の低い用途に適した選択肢となる可能性があります。 地球上で最も安価で入手しやすい材料の1つであるナトリウムが含まれているため、環境への影響もリチウムイオン電池に比べてはるかに小さくなります。

バッテリーはeモビリティの核心を成すものであり、性能、価格、信頼性のいずれの改善であっても、電気輸送への移行を加速させます。

大型電気トラックにはどのようなバッテリー技術が使用されるのでしょうか?

主な課題は電気トラックのコストを下げることであり、より安価なバッテリーを開発することがこのために大いに役立ちます。 しかし、トラック所有者の要件は、用途によっても異なります。 当社では、長距離トラックに関しては、ディーゼルトラックと同等の運用の柔軟性を実現することを目指しています。 まもなく、走行距離が最大600 kmの電気トラックが発売される予定です。しかし、長距離を運転する必要がある場合は多くの状況で、日中に停止して充電する必要があります。 この場合、最大で数時間かかることがあります。

 

業界では輸送業務に応じて異なるバッテリー技術が使用され、多様化が進むと思われます。 おそらく、都市部流通など、エネルギー需要が比較的低い短期の用途では、ナトリウムイオン電池の使用がますます増えるでしょう。 そして将来的には技術的なブレークスルーを見込めば、長距離電気トラックに固体電池が使用されるようになるでしよう。 

 

いずれにせよ、これらの技術に関する集中的な研究開発が進行中です。 テクノロジー企業、メーカー、公的機関など、バッテリー技術の開発と改善に多額の投資をしている組織は世界中に数多く存在します。 当初のリチウムコバルト酸化物電池のような飛躍的な発見が必ず起こるわけではありませんが、技術は時間の経過とともに発展、改善されていきます。

 

電気トラックのバッテリーについて詳しく知りたい場合は、 「電気トラックのバッテリーに関する7つの誤解」をお読みください。 古いバッテリーを再利用して環境への影響を減らす方法について詳しくは、電気トラックのバッテリーを再利用する方法をご覧ください。

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ここ数十年でさまざまなバッテリー化学に関する開発が行われ、進化してきましたが、それぞれに独自の長所と短所があります。 それぞれの車両に最適なバッテリーは、その車両のニーズと運転条件によって異なります。 現在では主に、次の6つの化学組成のバッテリーが使用されています。

 

リチウムコバルト酸化物 (LCO)

イギリスの化学者ジョン・B・グッドイナフによる画期的な発見は、将来のリチウムイオン電池の開発における基礎を築きました。 しかし、寿命が比較的短く、熱安定性が低いため、個人用電子機器への使用に限定されています。 コバルト含有量が多いため、コストと環境への影響も増大します。

エネルギー容量: 150~200Wh/kg

サイクル寿命: 500~1000 サイクル

熱暴走(バッテリーセルが制御不能な自己発熱状態に達し、安全上のリスクとなる温度): 150℃

 

リン酸鉄リチウム (LFP)

1996年に開発されたLFP電池は、LCO電池に比べて安全性と熱安定性が向上し、寿命サイクルが長くなっています。 また、コバルトを含まないため、製造コストが安く、環境にも優しいです。 他のタイプのバッテリーと比較してエネルギー容量は比較的小さいものの、電気自動車での使用が増えています。

エネルギー容量: 90~120Wh/kg

サイクル寿命: +2000

熱暴走: 270℃

 

マンガン酸リチウム(LMO)

1996年に初めて商品化されたLMO電池は、コバルト系の化学組成に比べて、優れた熱安定性と安全性を備え、製造コストが安く、環境への影響も少ないという特徴があります。 放電率は高いですが、エネルギー密度は比較的低く、寿命も短いです。 そのため、電気自動車、ハイブリッド車、電動自転車に適しています。

エネルギー容量: 100~150Wh/kg

サイクル寿命: 300-700

熱暴走: 250℃

 

リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物 (NMC)

2001年に開発されたNMCバッテリーは、エネルギー密度と安全性のバランスが優れており、現在電気自動車業界で最も一般的に使用されているバッテリーとなっています。 エネルギー密度が高いため、航続距離が長くなり、大型トラックに最適な選択肢となります。 しかし、生産コストが高く、環境への影響が大きいため、自動車メーカーはエネルギー密度が低いにもかかわらず、代わりに安価なLFPバッテリーを使用する傾向が高まっています。

エネルギー容量: 150~220Wh/kg

サイクル寿命: 1000-2000

熱暴走: 210℃

 

リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物(NCA)

NCAバッテリーは、高いエネルギー密度、長いサイクル寿命、優れた急速充電機能を備えています。 ただし、特に高温時や過充電時には、熱暴走のリスクが高くなります。 一部の高性能電気自動車に使用されていますが、安全上の懸念から使用は制限されています。

エネルギー容量: 200~260Wh/kg

サイクル寿命: 500

熱暴走: 150℃

 

チタン酸リチウム(LTO)

LTO電池は、優れた熱安定性を備えた市場で最も安全なリチウムイオン電池の1つです。 急速な充電機能と長寿命を可能にします。 そのため、公共交通機関の車両など、短時間で頻繁な充電を必要とする電気自動車に適しています。 しかし、エネルギー容量は低く、また製造費用が高くなります。

エネルギー容量: 50~80Wh/kg

サイクル寿命: 3000-7000

熱暴走: 280℃
 

出典: Battery UniversityElementsDragonflyFlash Battery