世界初の汎用ナトリウムイオン二次電池が登場、リチウム電池の代替なるか

ノートPCやスマートフォン、電気自動車(EV)はひとえにリチウムイオン電池の登場によって実現したと言っても過言ではなく、今後も、バッテリー性能の向上はテクノロジーの進化にとって重要性を増していくと見られています。そんな中、リチウムイオン電池を代替すると期待されている「ナトリウムイオン二次電池」の市販版プロトタイプが公開されました。

A Battery Revolution in Motion | CNRS News
https://news.cnrs.fr/articles/a-battery-revolution-in-motion

Here's a Peek at the First Sodium-ion Rechargeable Battery - IEEE Spectrum
http://spectrum.ieee.org/energywise/energy/renewables/a-first-prototype-of-a-sodiumion-rechargeable-battery

高い電圧とエネルギー密度をもつリチウムイオン二次電池の開発によって、さまざまなテクノロジーが実現しましたが、金属リチウムを採掘できるのが中南米などの一部の地域に偏っていることから地政学的なリスクが指摘されており、さらにはリチウムイオン電池ではコバルトなどの希少金属を電極に利用するため、コストや生産量増への対応に問題があるため、リチウムイオン電池に取って代わる二次電池の開発の必要性が叫ばれています。

そのポスト・リチウムイオン電池として、リチウムと同じアルカリ金属であるナトリウムが注目されており、ナトリウムイオンを使って電荷を運ぶナトリウムイオン電池が有力視されています。ナトリウムイオン電池は、リチウムイオン電池に比べて電圧が0.3V低いこと、元素としての質量が重いこと、エネルギー密度が低いことなどの欠点はあるものの、ナトリウムはリチウムに比べてクラーク数で1000倍以上大きく、世界中の至る場所で海水から無尽蔵に取り出せるという最大の利点から、実用化が期待されています。

そんな中、フランスの国立科学研究センター(CNRS)とRS2E networkの共同研究グループが、世界で初めてポータブルコンピューター用バッテリーの規格として最も普及している直径1.8センチメートル×長さ6.5センチメートルの円柱「18650」サイズに則したナトリウムイオン電池の開発に成功し、そのプロトタイプを公開しました。

ナトリウムイオン電池の開発では電極材料に何を用いるのかが大きなキーファクターであるところ、公開された18650ナトリウムイオン電池の電極材料は企業秘密のため詳細については伏せられましたが、重量エネルギー密度は90Wh/kgで充電可能回数は2000サイクル以上を実現しているとのこと。これは現在、主流のリチウムイオン電池の約半分の重量エネルギー密度ですが、リチウムイオン電池が市場に登場したときとほぼ同じ値であるため、立ち上がりとしてはまずまず優れた値だと評価されています。

ナトリウムイオン電池はリチウムイオン電池に比べると性能面で劣るため、ソニーや三洋などの日本メーカーが1990年代になりリチウムイオン電池を実用化すると、開発はいったん下火になったそうです。しかし、フランスのバッテリー研究の重鎮であるCNRSのジーン・マリー・タラスコン博士は、リチウムイオン電池を大量に搭載したEVの登場を目の当たりにして、リチウムイオン電池の供給不足が確実に起こると予感し、再びナトリウムイオン電池の開発に力を入れてきたとのこと。その成果が実ってとうとうナトリウムイオン電池の実用化にこぎつけたというわけです。タラスコン博士は、リチウムイオン電池の基礎研究でリードしていたフランスを中心とするヨーロッパ勢が、リチウムイオン電池の実用化で日本勢の後塵を拝したという苦い経験から、同じ轍は踏むまいと、ナトリウムイオンバッテリーの実用化を急ぐ構えです。

太陽光発電などの再生可能エネルギーの蓄電用途など蓄電池の需要は高まる一方で、2020年までに二次電池の市場は現在の2倍の800億ドル(約10兆円)まで規模が拡大するという試算があります。より高性能なナトリウムイオン電池の開発に成功した企業が、さらに拡大するバッテリー市場の覇権を握るのかもしれません。