E-mobility | Part 2 - Battery Technology & Alternative Innovations (Japanese)
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Today, 60% of electric vehicles (EVs) are powered by lithium-ion batteries (LIBs) due to its efficiency, high power-to-weight ratio and flexibility to allow chemical alterations. As the EV industry gains steam, supply chain and design challenges are spurring battery manufacturers to explore alternatives. Some of the alternative battery technologies include lithium-iron phosphate (LFP), lithium-sulfur battery (LSB) and sodium-ion battery (SIB). Besides LFP, LSB and SIB, solid-state batteries (SSBs) are touted as a forerunner for the next-generation battery technology. Despite these advancements, the current speed of innovation is not accelerating fast enough to meet the demands of the rapidly growing EV sector. This presents opportunities in areas such as battery design and securing the supply chain locally via vertical integration. As the world welcomes green mobility, commercializing battery technology will be imperative to drive global EV adoption. Given the increased push for battery development and innovation, we believe that it’s only a matter of time before supply catches up with demand. Find out more here: https://bit.ly/3vQLxgA
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E-mobility | Part 2 - Battery Technology & Alternative Innovations (Japanese)
- 1. Vertex Perspectives | E-モビリティ E-モビリティの5回シリーズ お問い合わせ communications@vertexholdings.com バッテリー技術と 代替イノベーション
- 4. リチウムイオン電池との比較による各バッテリー技術の利点 代替バッテリー技術が勢いを増しつつあります... 低 ナトリウムイオン （SI） 120 Wh/kg 310 Wh/L バッテリーの主要比較項目 材料コスト 質量当たりの蓄積エネルギー （比エネルギー） 容積当たりの蓄積エネルギー （比容積） 寿命 高 リチウムイオン （LI） 180 Wh/kg 470 Wh/L 最高1,000サイク ル 中 リン酸鉄リチウム （LFP） 125 Wh/kg 325 Wh/L 最高12,000サイク ル 低 リチウム硫黄 （LS） 450 Wh/kg 550 Wh/L 最高300サイクル 最高1,500サイクル バッテリー技術と代替イノベーション |
- 6. リチウムイオンの 代替技術を探る： リチウム硫黄電池 （LSB） LSBは、その高エネルギー密度、低コスト、材料 の入手のしやすさ、安全性の向上などにより、次 世代電池のひとつと考えられています。 LSB電池 は、供給が潤沢で無毒な硫黄を原材料とすること から、安価かつ安定供給できる代替バッテリーと いえます。 豪モナシュ大学は、新たな電極を設計してLSBを作成しました。これによりリチウ ムイオンの4倍のエネルギー容量を数百回、再充電することが可能になります。 韓国の大邱（テグ）慶北科学技術研究所は、LSB用の新たなシリカ系電極を開発 しました。これにより電池の充電・放電を、2,000サイクル以上持続させること が可能になります。 米NexTech Batteriesは、ポーチ形式のリチウム硫黄電池を搭載した自動車を5年 間で10万台超生産することを目的にMullen Technologiesと提携しました。同電 池は、現在のEV向け電池に比べ、60%の軽量化が実現する見込みです。 充電式LSB企業の英Oxis Energyは、試験的な使用、PoC（概念実証）、およびデ モシステムのために、顧客に対して準全固体型LSBの提供を開始する予定です。 研究者と企業は、テクノロジーの商用について調査しています。 バッテリー技術と代替イノベーション |
- 7. リチウムイオンの 代替技術を探る： ナトリウムイオン 電池（SIB） SIBとリチウムイオン電池（LIB）は、共に1980 年代に開発されました。LIBと比較してSIBは、電 池性能が劣るため開発が進んでいませんでした。 最近になってSIBは、その低コスト、原材料入手 のしやすさ、潜在的安全性などから関心が高まっ ています。 米Natron Energyは、データセンターのUPS（無停電電源装置）システムからEV急速 充電まで、産業用途として初めてUL（アメリカ保険業者安全試験所）規格の認証を 受けるSIBを発表しました。 英Faradionは、低コストで高性能のナトリウムイオン電池向け電極材料を開発するた めにPhillips 66との技術協力を発表しました。 フランスのTiamat Energyは、フランス国立科学研究センター（CNRS）のスピンオ フとして2017年に設立され、2021年3月に500万ユーロを調達して、ナトリウム電池 セルの生産を開始しました。 スウェーデンのAltrisは、再生可能な材料（海水と木材）を使った持続可能なリチウ ムイオン電池を発表しました。 中国溧陽市の中関村を本拠地とするHiNA Battery Technology Co. Ltd.は、SIB用コ ア特許を複数所有しています。同社は2021年8月、世界初の1MWh SIB貯蔵システム を発売しました。 テスラにバッテリーを供給しているCATLは、第1世代のSIBを発売しました。同社は 産業向け開発を開始し、2023年までに量産体制を達成する見込みです。 バッテリー技術と代替イノベーション |
- 8. そして、より多くのイノベーションが生まれています... ニッケル水素電池はリチ ウムイオンと比較して重 量と容積が大きい反面、 安価です。 レドックスフロー電池は 可逆的酸化還元を使って エネルギーを貯蔵しま す。 グラフェンスーパーコン デンサーは充電と放電が 数秒で完了します。 生物電気化学電池は微生 物を活用してエネルギー を貯蔵します。 亜鉛イオン電池の水性電 解質は引火を防ぎます。 金属空気電池は金属を負 極、空気を正極の活性物 としており重量を大幅に 軽減します。 砂電池はリチウムの代わ りにシリコンを使って、 電池寿命を3倍に延ばし ます。 鉛酸電池は安価で強力な 反面、重量が非常に大き くなる傾向にあります。 ウルトラコンデンサーは 高出力密度、瞬間充電、 長期寿命を実現します。 バッテリー技術と代替イノベーション | 出所: Green Car Reports, Nano Lett, Green Authority, RS Components, Johnson Matthey Technology Review, Skeleton Technologies, Phys.org, Codibly
- 9. エネルギー密度 急速充電 安全性 エネルギー密度 急速充電 安全性 リチウムイオン電池 正極 負極 液体電解質 固体電池 固体電池は 次世代 テクノロジー？ リチウムイオン電池（LIB）と比較して固体電池 は（液体ではなく）固体の電解質を使います。 固体電解質は、高エネルギー密度、急速充電、 安全性の向上を実現し、リチウムイオン電池の 課題を軽減します。 出所: Charged 正極 負極 固体電解質 バッテリー技術と代替イノベーション |
- 11. バッテリー イノベーションの 発展はこれから 研究機関と企業が協力し、かつデータとAIを駆使 することで、バッテリーの研究開発がスピードア ップされ、データ管理も改善されます。 スロバキアを拠点とするInoBatは、AI研究プラットフォームを駆使し、EV 用バッテリーの特注セル開発における新たな化学物質のプロトタイプを迅速 に構築しています。これにより、航続可能距離を20％近くも改善したとさ れています。 Brill Power（英国のシードステージ企業）のバッテリー管理システムは、 オックスフォード大学で開発された革新的な制御テクノロジーを使ってお り、バッテリーの精度改善を実現しています。 TWAICE（ドイツのシリーズB企業）は、リチウムイオン電池の開発と運用 を最適化するための予測分析ソフトウェアを提供しています。 ION Energy Inc（ムンバイのアーリーステージ企業）は、革新的なバッテリ ー分析技術を活用して、LIBの寿命と性能を大幅に改善します。 バッテリー技術と代替イノベーション | Voltaiq（米国のシリーズA企業）やAionicsが提供するプラットフォーム は、企業がデータを活用して次世代バッテリー製品の設計、開発、製 造、運用を効果的に行うことを実現します。
- 12. バッテリーや自動車メーカーは、包括的アプローチを用いて 電池設計を行うことでコストを削減します 01 従来の電池設計では、セルを使ってモジュールを構築し、これらのモジュールからパックを組 み立てる必要がありました。この設計は多くの部品を使い、容積の効率が良くありません。 従来型 02 現在のほとんどのパック設計では、モジュールを使わず電池セルを直接パックに統合し て、モジュール構造を簡素化しています。 セルからパックへ 03 電池パックを必要とせずに、直接自動車のシャーシに電池セルを統合します。 次世代への飛躍に繋がる新しいテクノロジーです。 セルからシャーシへ バッテリー技術と代替イノベーション | 出所: McKinsey, Green Car Reports, Driven, BYD, Electrive, Tesla
- 13. バッテリー生産は、中国、日本、韓国のプレーヤ ーに独占されています。各地域の電池セルとEVス タートアップ企業は、サプライチェーンのリスク を軽減し、特定の下流ニーズに応えるために垂直 統合の推進を目指しています。 自動車メーカーは バッテリー企業と 提携してサプライ チェーンを確保し ます 出所: Ipower Electronics 成果 デリーに拠点を置くComputech Systemsは、UPS（無停電電源装 置）システム、電池、パソコン充電器など、さまざまな製品を製造し ています。 背景 Computech Systemsの電池セル製造・管理部門は、親会社からスピ ンオフしてIpower Electronicsを設立し、顧客が必要とする特定の 製品とサービスに注力することにしました。 ソリューション Ipower Electronicsは、日本、韓国、中国から電池セルを輸入する以 外の全ての設計と製造を同社にて行っています。Gemopai、Benling India、Okinawa Autotech、Ampere Electricを含むインド国内の上位 20のEV二輪車メーカーのうち15のメーカーに製品を提供しています。 01 02 Ipower Electronicsがひとつの例です。 03 バッテリー技術と代替イノベーション |
- 14. 03 01 02 正極 負極 固体電解質 サプライチェーンの確保 電池セルとEVのスタートアップ企業は、サプライチェーンの確保を強化して、 特定の下流ニーズに応えるために垂直統合の推進を目指しています。 EVの更なる普及のためには、バッテリー技術の商用化が必須となります。 リチウムイオン電池（LIB）とその代替技術 化学的性質の限界と製造上の課題を乗り越えるべく、製造業者は、代替技 術の活用およびテクノロジーの探求に関心を向けるようになりました。 要約すると... 固体電池 - 新たな未開拓分野か？ 固体電池は、高エネルギー密度、急速充電、安全性の向上が実現され、次世代バッテリー技術の有力候補と して位置付けられています。 固体電池 バッテリー技術と代替イノベーション |
- 15. 全5回シリーズの次回第3回では、使用済みバッテリーを適切に処理するための、EV向けバッテリーにおけ るリサイクル状況と最新の再生技術を紹介します。次世代のパワーエレクトロニクス技術を活用した、使 用済みバッテリーの持続可能な処理方法について解説します。 次 回 は . . . ご質問はこちらにお問合せください communications@vertexholdings.com ソーシャルメディアをフォロー ニュースレターに登録して 最新情報を入手： https://bit.ly/3GGxEDC 使用済みバッテリー に何が起こるか？ バッテリーリサイクルとパワーエレクトロニクス