電池の未来: 主流の採用に向けて準備が整った固体電池

固体電池とは?

固体電池は、現在一般的に使用されているリチウムイオン電池に見られる液体またはポリマー電解質の代わりに固体電解質を使用します。固体電解質は、電池が損傷したり極端な温度にさらされたりすると発火する可能性のある液体電解質に比べて、安定性と安全性に優れています。また、固体電池は、リチウムイオン電池よりもエネルギー密度が高く、充電時間が短く、寿命が長くなる可能性があります。

ただし、固体電池は大量生産に技術的課題があり、消費者市場への参入を妨げています。固体電解質は通常、セラミックまたはガラスのような材料で、液体電解質に比べて扱いが困難です。メーカーは、高いイオン伝導性を維持しながら、固体電解質と他の電池コンポーネント間の界面結合などの問題に対処する必要があります。

材料と製造の進歩

過去 10 年間、研究者は新しい固体電解質材料の開発と、それを大規模に製造する方法の解明で着実に進歩してきました。最も有望な固体電解質は、液体電解質と同等のイオン伝導性を示しますが、安定性と不燃性を維持しています。現在、大手バッテリー企業や自動車企業のほとんどは、さまざまな固体電解質の化学と製造技術を追求する専用の研究開発プログラムを持っています。

注目を集めているアプローチには、薄膜堆積とセラミック電解質のテープキャスティングがあります。スパッタリングや原子層堆積などの薄膜技術では、わずか数ナノメートルの厚さの固体電解質層を正確に堆積できます。テープキャスティングでは、固体電解質粒子をスラリーに分散させ、それを薄く柔軟なテープにキャストし、テープを圧縮して高密度の電解質シートにします。どちらの方法も、高い生産速度を維持しながら、固体層間に強力なインターフェースを生成することを目的としています。

2021年9月、トヨタとパナソニックは、2024年3月までに自動車用角柱型固体電池のパイロット生産ラインを構築する合弁会社を発表しました。これは、両社が規模拡大とコストに関する問題を今後数年以内に解決できると考えていることを示しています。他のバッテリースタートアップは、実証可能な固体セルを持っていると主張しており、商業化のためのパートナーシップを探しています。大量生産の障壁が少しずつ取り除かれるにつれて、状況は常に変化しています。

家電以外の用途

固体電池は、まず携帯電話、ノートパソコン、その他のポータブル機器の電源として市場に投入されるかもしれませんが、その真の可能性は、高エネルギー密度を必要とするより大規模な用途にあります。自動車業界は、コストを削減しながら電気自動車の走行距離を延ばすことが期待される固体技術から多大な利益を得る立場にあります。固体設計は、今日の電池では不可能な新しい電気自動車のフォームファクターを可能にすることさえあります。

EV に加えて、スタンバイ電源アプリケーション、グリッドストレージ、およびその他の特別なユーティリティ市場では、大規模に利用可能になると、固体電池がすぐに採用される可能性があります。その安定性と不燃性により、安全性が重要なバックアップ電源設備に最適です。グリッドスケールのストレージは、固体の高速充電/放電速度を利用して、断続的な再生可能電力を平滑化できます。軍事、航空宇宙、医療機器も、小型で高電力密度を必要とする用途に大きな関心を持っています。

コスト予測

ほとんどのアナリストは、製造技術の進歩に伴い、固体電池の製造コストが 5 ～ 7 年以内にリチウムイオンと同等になると予測しています。大量生産技術により、材料費と処理費が削減され、ソリッドステートの価格は、1kWh あたりのドルベースでリチウムイオンと同程度になります。ただし、ソリッドステート設計のエネルギー密度が高いため、1kWh あたりのプレミアムが少し高くても、パック全体のコストが低くなる可能性があります。サイクル寿命が長いため、初期の生産プレミアムが時間の経過とともに相殺される可能性もあります。

Avicenne Energy や Allied Market Research などの調査グループによる現在の市場予測では、自動車用ソリッドステート バッテリー市場は 2030 年までに 60 億ドル以上に成長すると予測されています。消費者向け電子機器やグリッド ストレージを含むソリッドステート バッテリー市場全体は、同年に 250 億ドルを超えると予測されています。この 10 年間でより多くの自動車メーカーが電動化目標に取り組むようになると、ソリッドステート技術は、ガソリン車に匹敵する 300 マイル以上の走行距離を必要とする EV の重要な実現要因になる可能性があります。今後数年間のパイロットの成功によって、これらの予測が実現するかどうかが決まります。

ソリッドステート バッテリー https://www.coherentmarketinsights.com/ja/%E5%9B%BA%E4%BD%93%E5%B7%9E%E3%83%90%E3%83%83%E3%83%86%E3%83%AA%E3%83%BC%E5%B8%82%E5%A0%B4