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新しいナトリウムイオン電池でリチウム需要は急落するのか？

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リチウムイオンを超えて

Batteries have progressively become the key technological innovation of the decade, the way the previous decades were shaped by the rise of the PC or the Internet.

バッテリーは徐々に、PCやインターネットの台頭が過去数十年を形作ったように、今世紀の主要な技術革新となっています。

これは、バッテリー技術の進歩が電気自動車（EV）革命を牽引するだけでなく、再生可能エネルギーの変動性により電力網の脱炭素化における重要な制約となっているためです。

超高密度または低価格のバッテリーは、化学、冶金、製造業といった重工業や、トラック、船舶、航空機などエネルギー消費の大きい産業・輸送分野を電化・脱炭素化する上でも重要となります。

これまでのところ、リチウムイオン（リチウム・ニッケル・マンガン NMC および リチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム NCA）やリチウム・フェロリン酸（LFP）電池といったリチウム電池のバリエーションで実現されてきました。この変革的技術は正当に2019年ノーベル化学賞を受賞しました（リチウムイオンの歴史はリンクをご参照ください）。

これまで、これらの電池は極めて高いエネルギー密度によりバッテリー市場を支配し続けると期待されていました。

出典: S&P Global

その後、固体電池はバッテリーの密度をさらに高め、かつ大量のリチウムを使用する可能な次のステップとして検討されています。詳細は「注目すべき5つの固体電池株」をご覧ください。

しかし、リチウムがバッテリーで使用できる唯一のイオンではありません。食塩の主成分である、はるかに豊富で安価なナトリウムも候補となります。

問題は、ナトリウムイオン電池はこれまでエネルギー密度が低く、低価格・低航続距離のEVや固定式ユーティリティ規模のバッテリーに限定されてきたことです。

しかし、TAQカソードを用いたナトリウムイオン電池の発明により状況が変わる可能性があります。この研究はMITとブルックヘブン国立研究所の研究者によるもので、Journal of the American Chemical Societyに「層状有機カソードからの高エネルギー・高出力ナトリウムイオン電池」というタイトルで掲載されました1。

TAQ カソード

We previously reported on the TAQ cathode in “より良いバッテリーの設計 – コバルトを排除し、TAQで…”。TAQ、またはビス-テトラアミノベンゾキノンは層状有機固体化合物です。

2024年のこの研究で、研究者はTAQがスーパーキャパシタ材料としての可能性だけでなく、従来のリチウムカソードを上回る性能を持つことを発見しました。

出典: GreenCarCongress

彼らはTAQがカソードのステンレス製電流集電体に付着する方法を改善し、新しい概念実証カソードプロトタイプの安定性を向上させました。

TAQにセルロースとゴムを含む材料を添加することで、2000回以上の充放電サイクルを安全に達成しました。エネルギー密度もコバルト系カソードより高く、充電時間は6分未満でした。

2024年に、他のバッテリー化学でもTAQを利用できる可能性について言及しました：

有機カソードは他のタイプのバッテリーでも検討されており、例えばアルミニウムイオン、ナトリウム/カリウムイオン、亜鉛、あるいはカルシウム系デュアルイオンバッテリーが挙げられます。したがって、TAQの特性の発見はリチウムイオン以外のバッテリーにも応用可能です。

そして研究チームはまさにそれを実行し、超高エネルギー密度のナトリウムイオン電池を作製しました。

TAQ ナトリウムイオン電池

なぜナトリウムか？

研究者が次のステップでナトリウムを選んだ理由は、その材料が非常に豊富であることです。

“これらの材料に対しては、ポートフォリオを多様化する方が常に有利です。ナトリウムは文字通り至る所にあります。私たちにとって、有機物や海水といった本当に豊富な資源で作られた電池を追求することは、最大の研究夢の一つです。

真に持続可能でコスト効果の高いナトリウムイオンカソードや電池の開発最前線に立てることは、実にエキサイティングです。

Mircea Dincă – Professor of Chemistry at MIT.

また、この研究と2024年のTAQに関する初期研究は、Automobili Lamborghini S.p.A. の資金提供を受けています。中国主導のサプライチェーンに依存しない、より安価な材料とバッテリー技術は、電動化が遅れているやや苦戦している欧州自動車産業の救世主となり得ます。

ナトリウム電池へのTAQカソード適用

ナトリウムで機能させるために、研究者は設計をナトリウムイオン電池の要件に合わせて変更する必要がありました。

課題の一つは、TAQと炭素の両方を含む均一な電極を作成することでした。

“選択したバインダーであるカーボンナノチューブは、TAQ結晶とカーボンブラック粒子の混合を促進し、均一な電極を実現します。カーボンナノチューブはTAQ結晶を密着して巻き付け、相互に接続します。

これらの要因は電極内部の電子輸送を促進し、ほぼ100％の活性材料利用率を可能にし、ほぼ理論上の最大容量へと導きます。

Dr. Tianyang Chen – MIT Researcher

高性能

プロトタイプで実現されたこの極めて高い容量は、特に充電時間というEVの一般的な制約や消費者の不満に対して、迅速に非常に効率的なバッテリーへと転換できる可能性があります。

“カーボンナノチューブの使用はバッテリーのレート性能を大幅に向上させ、同じエネルギー量をはるかに短い充電時間で蓄える、あるいは同じ充電時間でより多くのエネルギーを蓄えることが可能になります。”

これは、TAQの空気・湿気に対する安定性、長寿命、高温耐性、環境持続可能性といった利点を維持しながら実現されました。

最終製品は、90秒での充放電時に電極あたり472 Wh/kgのカソードエネルギー密度と、31.6 kW/kgの最高比出力を示しました。

参考までに、これは商用のNi/Co系層状カソード（約740 Wh/kgカソード）にやや近い数値です2024年の科学論文で参照されています。

将来の展開と商業的可能性

全体として、ハイエンドのリチウムイオン電池、そして後に固体電池が高級EV市場を支配し続ける可能性が高いです。

しかし、低・中価格帯のEV、商用トラック、ユーティリティ蓄電など、価格に敏感なセグメントでは、総コスト、資源の入手可能性、耐久性など、他の要因がより重要になるでしょう。

このため、ナトリウムがTAQのような革新的なカソード材料により実用的な代替品として台頭することで、リチウム需要に上限が設けられる可能性があります。

他の改善策として、例えばアノード自体を不要にする（バッテリーのもう一方の端）ことが考えられます。これは2024年7月に「アノードフリーのナトリウム固体電池は『リチウム・トライアングル』への依存を減らす可能性がある」で議論しました。

これはまだテストされておらず、いくつかの調整が必要になる可能性がありますが、長期的にはほとんどのEVや商用トラックが、最高性能の固体リチウム電池を用いた1,000〜2,000マイルの大容量バッテリーを必要としないと容易に想像できます。

代わりに、将来的にはアノードフリーでTAQカソードのナトリウム電池（固体型でもナトリウムイオン型でも）が、より低価格で400〜600マイルの航続距離を実現できるでしょう。

化学のイノベーションに加えて、構造設計もバッテリーを改善できます。例えば、世界最大のバッテリーメーカーであるCATLが採用した「凝縮状態」バッテリーのハニカム構造（リンク）のようにです。このアイデアはナトリウムイオン電池にも応用できるかもしれません（詳細は「CATL（300750.SZ）：バッテリーの巨人」をご参照ください）。

先進バッテリー技術への投資

バッテリーは、化石燃料を電力源から排除しようとする数兆ドル規模の電動化トレンドの中心にあります。

多くのブローカーを通じてバッテリー関連企業に投資でき、こちらsecurities.ioで、米国、カナダ、オーストラリア、英国、およびその他多数の国々における最適なブローカーの推奨リストをご覧いただけます。

特定のバッテリー企業を選びたくない場合は、Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)、Global XのLithium & Battery Tech ETF (LIT)、またはWisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) などのバッテリーETFを検討してください。これらはバッテリー産業の成長を活用するための、より分散されたエクスポージャーを提供します。

有機カソード企業

Volkswagen AG

TAQカソードに関するMircea Dincă教授の研究（2024年のリチウムイオン、2025年のナトリウムイオン）は、Audiの子会社でありVolkswagen Groupが所有するAutomobili Lamborghini S.p.A.の資金提供を受けました。

有機カソード技術に関する特許出願が行われました。

このドイツの自動車メーカーは、トヨタに次ぐ世界第2位の自動車生産量を誇ります。同社はかつてEV技術で遅れを取っていましたが、IDシリーズや複数のハイブリッドモデルなどで追いつくべく努力してきました。

出典: Volkswagen

中国のSAICモーターと提携し、VolkswagenにEVプラットフォームを供給。

Scout cars – 出典: Volkswagen

EVに関する野心的な計画と、中国の先進的なEV技術へのアクセスを持つVolkswagenは、MITの有機カソード特許技術を検討し、将来のEVに大規模展開する好位置にあります。

しかしながら、当面はハイブリッドにまず注力し、ICE車を当初の計画より長く維持して“柔軟性を保つ”可能性があります。

VolkswagenとそのEV戦略、Rivianとの取引によるソフトウェア問題の修正、Volkswagenグループ全体でのEVアーキテクチャ統一については「Volkswagen、ドイツ工場を閉鎖か？問題を抱える自動車メーカーの次は何か」で詳しく読むことができます。

研究参考文献：

1. Chen, T., Wang, J., Tan, B., Zhang, K. J., Banda, H., Zhang, Y., Kim, D.-H., & Dincă, M. (2025). 層状有機カソードからの高エネルギー・高出力ナトリウムイオン電池. Journal of the American Chemical Society, 147(7), 6181–6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713

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ジョナサンは元生化学研究者で、遺伝子解析と臨床試験に従事していました。現在は株式アナリスト兼ファイナンスライターとして、イノベーション、市場サイクル、地政学に焦点を当て、彼の出版物『The Eurasian Century』で執筆しています。