1. リチウム電池の現状
現在、リチウム-イオン電池（LIB）は、充電式エネルギー貯蔵に使用される主要な技術であり、充電式デバイス技術の世界市場シェアの約 70% を占めています。 LIB には次のような利点があります。
リチウムの高いエネルギー密度:リチウムは軽量で電気化学的可能性が高いため、より小型で寿命の長い EV バッテリーやエレクトロニクスの開発が可能になります。{0}
-スケールによる費用対効果:数十年にわたる製造経験により、LIB は他のほとんどのテクノロジーよりも大量生産が根本的に安価になり、日常のミッドレンジ消費者向け製品においてコスト競争力を発揮できるようになりました。{0}{0}{1}
確立された（世界規模の）LIB インフラストラクチャ:電気自動車の充電ステーションや実用規模の電力貯蔵システムなど、LIB の広範なサポート ネットワークが数十年にわたって広範囲に発展してきました。{0}
この分野では現在の優位性にもかかわらず、LIB テクノロジーに関してはいくつかの脆弱性が存在します。リチウム採掘による環境への悪影響、貴重な水資源の枯渇、リチウムの濃度に関して深刻な懸念があります。中国は現在、世界のリチウム精製能力の60％以上を支配しており、他国にサプライチェーンリスクをもたらしている。
2. リチウムを陳腐化に導く課題
A. 環境および倫理への配慮
リチウムの抽出方法が深層採掘（これは深さ1.5kmを超える深さで行われる）で行われるため、リチウムの抽出は環境に非常に大きな影響を与えます。これはまれですが、生態学的フットプリントが膨大であり、過剰な量の水を使用します（生産されるリチウム1トンに対して最大1メートルリットル（ほぼ50万ガロン））。リチウムが抽出される地域（チリ北部のアタカマ砂漠など）では水が非常に限られているため、より多くの水の必要性により、利用可能な淡水の供給に大きな負担が生じます。
B. パフォーマンスの欠点
リチウムイオン電池はエネルギー密度の点で最も効率的な電池ですが、特定の制限があります。
1. 長い充電時間 – ほとんどの電気自動車 (EV) フリートでは、フル充電に達するまでに 30 分から数時間の充電が必要です。
2. 寒冷地 – リチウムイオン電池の性能は氷点下で 60% 低下するため、寒冷地では EV の使用が減る可能性があります。
3. 安全性 – 熱暴走は、リチウムイオン電池からの高エネルギーの結果として発生する可能性があり、通常は火災、爆発などを引き起こします。これらの事象が発生することはまれですが、高エネルギー用途では実際に発生します。
C. 地政学的な脆弱性
中国の圧倒的な世界規模の電池製造とリチウム精製能力の結果、米国、欧州連合、その他の西側諸国は程度の差こそあれ、中国の電池供給への依存を減らすために国内の電池製造に多額の投資を行っている。
3. リチウムの優位性に挑む新興技術
A. 全固体電池-
固体技術に基づく電池は、一般的なリチウムイオン電池で使用されている液体電解質の代わりに固体電解質を使用します。-したがって、固体電池技術には、リチウムイオン電池技術に比べて次のようないくつかの利点があります。-
次のリストは、自動車用バッテリー市場が液体バッテリー技術から固体バッテリー技術への移行を促進する主な理由のいくつかについての洞察を提供します。{0}}以下の点は、全固体電池技術への移行が自動車分野で急速に起こることを示しています。-
安全性: 液体電解質電池は製造中に火災や危険な化学物質の危険性が高くなりますが、全固体電池の製造では潜在的に危険な化学物質は製造されません。-
エネルギー密度: 250～300 Wh/kg のエネルギーを蓄えることができる既存のリチウムイオン技術と比較して、全固体電池は最大 500 Wh/kg を蓄える可能性があります。{0}
充電時間: 通常、完全に充電するには数時間かかる従来のリチウムイオン電池とは異なり、実験用全固体電池ではわずか 15 分しかかからないことがわかりました。-
市場の変化: OEM の報告によると、多くの OEM が全固体電池パックの開発と生産を進めており、今後 5～7 年以内（2027～2030 年）に市場に投入される予定です。{0}
B. ナトリウム-イオン電池
ナトリウム-イオン（Na-イオン）電池とリチウム-イオン（Li-イオン）電池は異なり、ナトリウムはリチウムよりも豊富で安価です。ナトリウム-イオン電池がリチウム-イオン電池と比べて優れている点は次のとおりです。
1. 価格- Na- イオン電池の製造コストは、Li- イオン電池の製造コストよりも約 70% 低くなります。
2. 環境に優しい-- ナトリウムの除去に必要な水の量は、リチウムの除去に必要な水の量の 682 分の 1 です。
3. 寒冷地での性能 - Na- イオン電池は、摂氏 -30 度までの極低温でも動作できます。
4. ターゲット市場 - Faradion や CATL などの企業は、階層化された EV やグリッド規模のエネルギー貯蔵にナトリウム-イオン技術を導入することを目指しています。-これらの企業は Na- イオン電池技術を使用して、コストに敏感な顧客に焦点を当てます。-
C. グラフェン-強化バッテリー
炭素原子の単層で構成されるグラフェンは、次の方法でバッテリーの性能を向上させることができます。
より高速な充電: グラフェン スーパーキャパシタにより、スマートフォンやタブレットを約 15 秒で完全に充電できます。
より高い使用サイクル: 500～2,000 サイクルに制限されているリチウムイオン電池とは異なり、グラフェン電池は 10,000 サイクルを達成できます。{0}}
耐寒性グラフェンバッテリーは、摂氏-40度の極度の低温から高温の80度まで正常に機能し続けます。
現在実験試験中のグラフェン電池は、2030年までに再生可能エネルギー源や電気自動車のエネルギー貯蔵オプションを完全に変える可能性がある。
4. リチウム電池は生き残れるでしょうか?共存シナリオ
グラフェン電池は実験段階にあるため、2030年までに再生可能エネルギーや電気自動車などの新しい形式のエネルギー貯蔵への劇的な移行が可能になる可能性がある。リチウム電池をめぐる終末予測があっても、その技術が新たなイノベーションと共存するという予測に傾いており、リチウム電池が消滅する可能性は極めて低いと思われる。
航空や新しい電動垂直離着陸機（eVTOL）を備えた航空宇宙など、いくつかのニッチ市場は依然として高エネルギー密度のリチウムイオン電池に大きく依存しているでしょう。{0}{1}さらに、ハイブリッド システム、またはリチウムと固体電池またはナトリウム{{4}イオン電池とのハイブリッドの組み合わせを使用することにより、化学の組み合わせにより、コスト、安全性、性能の向上など、いくつかの利点がもたらされます。たとえば、将来の BMW 電気自動車は、各技術のそれぞれの利点を活用する手段として、固体電池とリチウムイオン電池を組み合わせて使用する可能性があります。-
さらに、2025年までに120万トンをリサイクルするという中国の計画を含む、リチウム電池のリサイクルにおける革新により、採掘の減少によるコストとエネルギーの節約により、リチウム電池の寿命が延びることになる。
5. 今後の道: イノベーションと実用性のバランス
「ポストリチウム電池」システムへの進化は、次の 3 つの主な要因によって決まります。{0}
1. コスト競争力: 全固体電池とナトリウム- 電池が大幅な市場シェアを獲得するには、kWh あたり 100 ドル相当の価格に達し、リチウム-} 電池と同等の価格にする必要があります。
2. スケーラビリティ: CATL 20GWh ラインなどのソリッドステート ライン製造プラントは、パイロット プラントから量産 (2027 年目標) まで拡張できなければなりません。-
3. 政策支援: リチウムに関連するサプライチェーンのリスクを軽減または排除できる研究開発およびリサイクルインフラを奨励および奨励するために、政府の政策を導入する必要があります。
結論
