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？

Cornell大学の研究者による最近の発見により、リチウムイオン技術が理想的な電池をめぐる競争へ戻る可能性があります。インジウムを負極材料に用いると、リチウムイオン電池を極めて速く充電できることが分かりました。

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？

研究はCornell大学Smith化学・生体分子工学部のLynden A. Archer教授のチームが行い、化学・生体分子工学の博士課程学生Shuo Jin氏が筆頭著者を務めました。

論文「リチウム電池における急速充電・長時間貯蔵」で研究者は、電気化学反応の速度、特にDamköhler数に注目しました。固体内の輸送速度を調べ、インジウムが急速充電電池に適していると判明しました。現在は主にLCD画面のほか、太陽光発電、極低温技術、原子炉制御棒に使われています。

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？

インジウム負極は航続距離への不安を減らし、大型で重い電池パックの必要性も下げられます。ただし、インジウム自体は重く密度の高い金属です。

そのためArcher教授は、チームの発見を出発点とも捉えています。

「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？」

AIの進歩を利用して新しい電池材料を探す考えは現実的です。PNNLの研究者は複数の化学予測AIで80時間未満に3,200万件の候補を選別し、新しい電解質を発見しました。私たちの記事でもこの研究を紹介しています。

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。

出典：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。

これはリチウムイオン電池で当てはまり、CATLは長年の大手です。同社はほかの電池でも次のような目覚ましい進歩を発表しました。

出典：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

EV市場で長年Teslaに挑んできたBYDは、Teslaだけでなく事実上すべての自動車メーカーにとって強力な競争相手となりました。

同社は携帯電話用電池の供給会社から、中国でTeslaに迫る台数のEVを販売する企業へ成長しました。タイ、スウェーデン、オーストラリア、ニュージーランド、シンガポール、イスラエル、ブラジルではEV販売首位です。

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。

出典：User3204による自作、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。