Northvolt、160Wh/kgを検証したナトリウムイオン電池を開発
(northvolt.com)- 世界的なエネルギー貯蔵システム需要の拡大を見据え、Northvoltがナトリウムイオンセルを開発し、スウェーデン・VästeråsのNorthvolt Labsで160Wh/kg超のエネルギー密度を検証した
- セルはhard carbon負極とPrussian Whiteベースの正極を採用し、lithium、nickel、cobalt、graphiteを排除している
- Northvoltは、この化学系が既存のNMC・LFPより安全で、コスト効率が高く、持続可能だと見ている
- Altrisと共同開発したこの技術は、高温安全性と低コストを強みに、India、Middle East、Africaなどのエネルギー貯蔵市場に適している
- 第1世代はエネルギー貯蔵向けに焦点を当て、後続世代はより高いエネルギー密度によって、コスト効率の高い電動モビリティへと拡張できる可能性がある
160Wh/kgナトリウムイオンセルの構成
- Northvoltは、コスト効率が高く持続可能なエネルギー貯蔵システムの拡大に向けて、ナトリウムイオン電池をセルポートフォリオに追加した
- このセルは、スウェーデン・VästeråsのNorthvolt Labsで160Wh/kg超のエネルギー密度が検証された
- Northvoltは、検証済みのこのセルが、既存のnickel、manganese、cobaltベースのNMCおよびiron phosphateベースのLFP化学系よりも、安全で、コスト効率が高く、持続可能だとしている
- セル構成は以下の通り
- 負極: hard carbon
- 正極: Prussian Whiteベースのcathode
- 非使用材料: lithium、nickel、cobalt、graphite
- 使用する鉱物はironやsodiumのように世界市場で豊富な素材であり、NorthvoltはPrussian Whiteベースの電池を産業化して商用市場に投入する最初の企業になる計画だ
エネルギー貯蔵への優先適用とその後の拡張
- このナトリウムイオン技術は、研究パートナーのAltrisと共同開発され、Northvoltの次世代エネルギー貯蔵ソリューションの基盤として使われる予定だ
- 低コストと高温安全性により、India、Middle East、Africaなど今後の市場におけるエネルギー貯蔵ソリューションに特に適している
- 現地調達の素材で生産できるため、既存の電池バリューチェーンとは独立した地域の電池製造能力を構築できる
- Northvoltの第1世代ナトリウムイオンセルは、主にエネルギー貯蔵用として設計されている
- 後続世代はより高いエネルギー密度を提供し、コスト効率の高い電動モビリティソリューションへ拡張できる可能性がある
- この技術はNorthvoltの既存製品群を補完する
- 自動車顧客向けのプレミアムlithium-ion電池セル
- Northvolt傘下のCubergが開発中の、航空機および高性能車両向けlithium-metal電池技術と併せて位置づけられる
1件のコメント
Hacker Newsの意見
今年の夏、フランスの会社が大型ホームセンターでナトリウムイオン電池搭載の電動工具を販売し始めた
フランス国立研究機関の発表: https://www.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/batteries-sodium-ion-une-pre...
電動工具: https://www.leroymerlin.fr/produits/outillage/outillage-elec...
残念ながらWh/kg効率については、2017年に同じ会社が90Wh/kgセルを作れたという記事しか見つけられなかったが、それでも約束ではなく実際に販売されている製品だ
この会社の強みは高いエネルギー密度ではなく、10分未満で満充電といった急速充電だと説明している
https://www.ecinews.fr/fr/tiamat-energy-lance-la-production-...
ナトリウムはリチウムより充電が10倍速く、動作温度が低いためより安全で、充電サイクル数はリチウムより最大5倍多いという
また、ナトリウムは地球上により広く存在し入手しやすく、処理過程の環境負荷もより小さいという
そのため、まったく同じ技術ではない
バナジウムはニッケルと同程度の価格で埋蔵量はより多いが、現在の年間生産量ははるかに少ないため、長期的な資源見通しは不透明だ
CATLもナトリウムフェロシアニド、つまり「Prussian white」を主張していたが、どういう理由か自動車向けにはリチウムを混ぜている
冷笑的に見れば、ナトリウムの不利なサイクル特性を安定化させるためのリチウムかもしれず、楽観的に見れば、現時点では規模の経済によりリチウムの方が安いからかもしれない
https://web.archive.org/web/20231121142135/https://www.cnrs....
https://web.archive.org/web/20231121142300/https://www.leroy...
そんなことを期待した自分が馬鹿だったのかもしれない
https://www.epectec.com/batteries/cell-comparison.htmlによると、160Wh/kgはLi-poやリチウムイオンと同程度の密度です。
このバッテリー化学系は一般的な材料で作れ、リチウムよりも安定していて安全な点が魅力です。
プレスリリースで触れられていないので、リットルあたりのエネルギー密度では競争力がないのだと思います。
Wikipediaにも比較表がありますが、どれほど正確で最新かは分かりません: https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery#Comparison
一方でリチウムは約0.002%です。
現在商用生産されているセルでは、Li-poは200Wh/kg以上、リチウムイオンは250Wh/kg以上も可能です。
専門家ではないので、間違っていれば訂正してほしいです。
見たところエネルギー密度を犠牲にしていないようで、これは本当に大きいです。
中国がグラファイト市場を支配しており、いまや輸出規制も行っています。
記憶が正しければ、現在のリチウムおよびナトリウム電池の大半は何らかの形でグラファイト陽極を使っていますが、Northvoltがハードカーボンを使うことは、コストとサプライチェーンリスクを下げる大きな利点になり得ます。
新しいPrussian White陰極については何も知らないので、Northvoltの陽極と陰極に関する専門家の分析を待っています。
Northvoltの発表は、いま実際に販売可能なものが何かについてはやや慎重ですが、生産に入るように見えるので良い兆候です。
PowerWall系の家全体向けエネルギー貯蔵装置がtractionを得ており、電力網規模のバッテリーは、何が「十分に良い」のかについての考え方を変えました。
1〜3エーカーに広げて置けるなら最大密度は重要ではないため、こうした用途を最初に狙うのだと思います。
EV充電器向けの大型オンサイト蓄電需要も、新規充電器配備の制約要因の一つに見えますし、瞬間的な超過需要はカリフォルニアの一部の休憩所のように現地のディーゼル発電機で補うか、バッテリーバンクで処理できます。
後者のほうがエネルギー効率とメンテナンスの面で優れていると思います。
「シン、これで7週連続の新バッテリー発明発表だよ」という冗談を思い出します。
とはいえ真面目な話、バッテリー関連の似たような見出しがなぜこんなに多いのか分かりません。
発明直後だけを扱うのではなく、これらの技術がその後実際にどう進展しているのかを継続的に追う記事が必要です。
中国方面のニュースもあります: https://carnewschina.com/2023/11/20/sodium-ion-batteries-are...
Northvoltの発表とは別に、エネルギー密度が良くないため大きな騒ぎにはなっていませんが、コストはずっと低いようです。
大量製造が非現実的、ユーザーにとって高すぎる、充電サイクルが少なすぎる、十分な電流を出せない、低温/高温での熱安定性が足りない、携帯できるほどエネルギー密度が高くない、寿命が短い、充電速度が遅い、材料の毒性が強すぎる、火災・爆発リスクが高い、進歩幅が小さすぎる、20年前にすでに試したが駄目だった、あるいは発売される頃にはリチウムイオンも同じくらい進歩してしまっている、などです。
ナトリウム電池の利点が何なのか気になります。
バッテリーは電極間のイオン移動を伴いますが、ナトリウムイオンははるかに大きいので、充電中の電極の体積変形がより大きくなり、その結果、リチウム系の対応製品よりも密度が低く、充電サイクルも少なくなるように思えます。
電力網用途とモバイル用途のどちらでも最適には見えず、私に見える用途は非常に安い使い捨て品くらいですが、それは環境にとって良い兆候ではありません。
欠点はエネルギー密度がやや低く、効率も少し落ちることです。
CATLはしばらく前からナトリウムイオン電池を生産しており、これまでは主に中国の低価格EVに搭載されているようです。
まだ欧州や北米市場にはあまり入ってきていませんが、理由の一つは中国国外のナトリウムイオン電池工場がまだ不足していることかもしれません。
Northvoltはそれを変えようとしているように見えます。
LFPなど他のバッテリー化学系と競合し、主に低価格車と電力網向け蓄電に使われることになると思います。
より安く安全で、重量が重要ではないからです。
しかし自動車にはまだあまり向かないかもしれません。より重いからです。
一部の特性を諦めても、より安く作りやすい選択肢が不足しています。
HNに今、リチウムイオン電池の充電を容量の20〜80%に制限する話が別に上がっています。
ナトリウムイオン化学系のバッテリーにも、こうした制限や推奨事項があるのか気になります。
鉛蓄電池とAGMバッテリーは、容量50%を下回るまで放電することは推奨されません。
ついに欧州から出てきたバッテリー革新なのでうれしい
今後もバッテリーエネルギーと自動車の分野で欧州が役割を果たし続けられるという希望が湧く
John B. Goodenough、M. Stanley Whittingham、Akira Yoshinoが「リチウムイオン電池の開発」で受賞した
[0]: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/summary/
BYD Dolphin、Kia eNiro、VW ID.3の間には、価格程度を除けば実質的な違いは大きくない
かつて内燃機関は差別化要素だったが、今は消えてしまった
この開発の基礎と思われる元の研究論文は2015年に発表されており、sci-hubにタイトルを貼り付ければ読める: “Rhombohedral Prussian White as Cathode for Rechargeable Sodium-Ion Batteries”
ARPA-E支援プロジェクトで、一部の研究がLawrence Berkeley National Labsで行われた点が目を引く
既存のバッテリー製造技術と互換性のある構成を探していたため、基礎研究というより応用研究に近い
論文では、高いNa濃度が従来のナトリウム不足問題を解決し、ハードカーボン負極と直接組み立ててフルセルを作れるため、現在のリチウムイオン電池インフラと互換性のあるスケーラブルなナトリウムイオン電池製造に重要だと説明している
研究成果の発表から商用開発と納入可能な製品まで約8年かかった計算だが、ベンチャーキャピタルが妥当な回収期間と見るかはよく分からない
中国は今年から多くのナトリウムイオン電池を生産投入する予定
私にとっては、バッテリーの重量や密度よりも充電サイクルとコストのほうが重要だ
そうでなければ、炭素排出の多い発電を価格面で押しのけられない
https://carnewschina.com/2023/11/20/sodium-ion-batteries-are...
主張されている利点は、意図せずコミカルな文句で書かれているが、より高い安全性、LiFePo並みのサイクル数、低温でのはるかに良い容量、環境保護といった内容だ
かなり割り引いて受け止める必要がありそう
価格もLiFePoよりおよそ50%高い
多くの商品画像に屋外の冬景色があるので、極低温での性能が主要な売り文句に見える
ナトリウムイオンは価格がLFPを下回るまで、その市場に大きな影響を与えるのは難しい
良い進歩ではあるが、ナトリウム金属燃料電池で達成可能なほぼ3.5kWhには大きく及ばない
そのような装置は期限切れ特許US3730776Aに説明されており、コピーはここにある: https://orgpad.com/file/DrCoHGH6xJJqraDeusqrtS?token=D6S5Bow...
電流を作る似た装置ならガレージでも作れる
保存する経済的な方法がないため、世界中で太陽光と風力の電気が大量に捨てられている
最後に確認した時点でLiFePO4バッテリーはkWhあたり100ドルを超えており、実用的なPowerwallは小型車1台分の価格で、大きな火災リスクもある
自動車、ドローン、スマートフォン以外に大規模展開できる、安くて無毒で不燃性のバッテリーが切実に必要だ
発表されたバッテリーは、その条件に合う可能性がありそうだ
https://cuberg.net/
ナトリウムイオンは重量とサイズがそれほど重要でない定置用途、つまり電力網規模のエネルギー貯蔵システムで低コストを狙う技術だ
形容詞が多すぎる
より費用対効果が高い、あれこれ良いと言っているが、どれほど良いのか、何と比較しているのかがまったくない
そろそろ「思ったより早く次のEVに載るかも」といった記事やYouTube動画が作られていそうだ
CATLも2年前に160Wh/kgを主張していたが、実際に作る製品はおそらく120Wh/kgに近い可能性が高い
充電サイクルに関する情報がなく、「高温での安全性」も実際の動作温度範囲の仕様ほど興味深くない