エネルギー

ナトリウムイオン電池は台頭しているが、インジウムのおかげでリチウムイオンは存続する可能性がある

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リチウムイオンの復活？

A recent discovery by researchers at Cornell University might bring lithium-ion technology back into the race for perfect battery technology. They have found that using an indium anode material would allow for extremely quick charging of lithium-ion batteries.

リチウムイオン電池は、これまで小型電子機器や初期の電気自動車（EV）モデルのバッテリー設計を支配してきました。しかし、技術のいくつかの制限により、業界はナトリウムイオンや固体電池などの代替品を模索しています。インジウムを使用すれば、EVの大量普及における主要な問題である走行距離不安（レンジ・アングザイティ）が解消されます。多くのEVユーザーは、充電ステーションに到達する前にバッテリーが切れることを心配しています。そのため、非常に強力なバッテリーパックを求めがちで、これが車両の重量とコストを増加させます。

もう一つの問題はバッテリーの充電に要する時間です。これは長距離走行や商業用途において深刻な懸念となります。また、各「フルタンク」充電に時間がかかるため、充電ステーションの利用可能性が低下し、EV充電器が使用できない状態が続きます。

したがって、充電が速いリチウムイオンバッテリー技術は、EVのコスト削減、走行距離不安の緩和、そして充電ネットワークの能力向上に寄与する可能性があります。

インジウム電池が救いになるか？

The research was conducted by Lynden A. Archer’s team at Cornell’s Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, with the lead author Shuo Jin, a chemical and biomolecular engineering doctoral student.

In their publication “Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries” they explain their approach. They focused on the kinetics (speed) of electrochemical reactions, specifically the “Damköhler number.” By looking at solid-state transport rates, they found that indium was a very good candidate for fast-charging batteries. Currently, indium is mostly used in LCD screens and other high-tech applications like photovoltaics, cryogenics, and nuclear reactor control rods.

インジウムは拡散が速く表面反応の動力学が遅いため、陽極材料として適しており、バッテリーの高速充電を実現します。

インジウムはAI設計バッテリーへの第一歩か？

Indium anodes could allow to reduce range anxiety, which in turn would reduce the need for very large and heavy battery packs. However, indium itself is a very heavy and dense metal.

This is why Pr Archer also considers his team’s discovery about indium as a starting point.

「そこには、計算化学モデリング、ひいては生成的AIツールを用いて、他の軽量材料化学が同様に本質的に低いDamköhler数を達成できるかを学ぶ機会があります。」

「例えば、我々がまだ研究していない金属合金で、望ましい特性を持つものはないでしょうか？」

Leveraging AI advancements to find new battery materials is a realistic idea, as has been shown by PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) researchers. In our article “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)”, we discussed how they used several predictive chemistry AIs to screen 32 million ideas in less than 80 hours, leading to the discovery of a new battery electrolyte.

したがって、同じ手法を用いてDamköhler数に焦点を当て、インジウムと同等の性能を持ちつつ軽量な材料を見つけることができるかもしれません。

バッテリーのライフサイクル在庫

1. Arcadium Lithium（Allkem と Livent の合併）

Arcadiumは、リチウム採掘のリーダーであるAllkemとLiventの対等合併の結果で、世界で3番目に大きいリチウム生産者となります。この合併により、リチウムの採掘から加工まで全工程に関わる企業が誕生しました。

同社の生産は主にアルゼンチンのリチウムトライアングル（チリ、アルゼンチン、ボリビア）にある塩湖からで、一部はカナダとオーストラリアの硬岩リチウムです。

Source: Arcadium

リチウムは最近、フォードやGMなど大手自動車メーカーがEV計画を減速させたため、価格が低迷しています。同時に、中国のEVメーカーであるBYDが低価格EVで海外市場を氾濫させていると非難されていますが、今後数年で新たなEV採用の波を引き起こす可能性があります。例えば、欧州で10,000ユーロのBYDシーガルが今年発売される。

したがって、リチウムの現在の価格低迷は永続的ではないかもしれません。

2. CATL

CATLは世界的なバッテリー製造リーダーで、世界のバッテリーボリュームの半分以上を生産しています。同社はバッテリー製造サプライチェーンのすべての段階に関与し、バッテリー技術のリーダーでもあります。

This is true for lithium-ion batteries, where the company is a long-time established leader. CATL has also announced impressive progress on multiple other battery types :

Source: CATL

CATLは中国でのバッテリーリサイクル能力に€3.25Bを投資しています。 CATLは notably achieved a remarkable recovery rate of 99.6% for nickel, cobalt, manganese, and 91% for lithium.

その規模、焦点、R&Dの成果により、CATLはバッテリーイノベーション、製造、リサイクルの最前線に立つ可能性が高く、Tesla (TSLA ) 、NIO、Ford、StellantisなどのEVメーカーにとって重要なパートナーとなります。

3. BYD

A long-time challenger of Tesla in the EV market, BYD has become a serious competitor not only for Tesla but for virtually all automakers.

The company evolved from its origin as a phone battery supplier to selling almost as many EVs as Tesla in China (the world’s largest EV market) and being the best-selling EV in Thailand, Sweden, Australia, New Zealand, Singapore, Israel, and Brazil.

BYDは、中国が2023年に日本を抜いて世界最大の自動車輸出国となった大きな要因であり、同社の積極的な海外展開はハンガリーなどの新工場によって支えられています。また、10,000〜12,000ドルのシーガルのような車の発売により、BYD EVの新たな市場が開かれる可能性があります。

Source: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

依然としてバッテリーメーカーであるBYDは、LFPバッテリー市場でCATLに対する真剣な挑戦者であり、中国で41.1%の市場シェア（CATLの33.9%と比較）を占めています。

BYDが欧州と米国市場に供給する低価格EVの「氾濫」は、一定の保護主義に直面する可能性がありますが、同時に安価な中国製EVは世界の他の地域でも大成功を収めており、南米、ロシア、アフリカ、中東、東南アジアなど、国内自動車メーカーが少ない地域での需要があります。

これは、欧米と中国の両方と良好な関係を保ちつつ地政学的バランスを取ろうとする国々に住む数十億人の潜在顧客を意味し、過度な保護主義的障壁が生まれる可能性は低いです。

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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。