リチウム電池：未来をどう動かすか

Mawallafi: Iflowpower - પોર્ટેબલ પાવર સ્ટેશન સપ્લાયર

過去数十年で、電気自動車は大規模な開発が進むでしょう。 IEAの予測によると、2030年までに世界の電気自動車の保証台数は2017年の370万台から1億3000万台に増加し、年間販売台数は2に達すると予想されています。

150万。 このシナリオでは、年間の新規バッテリー容量は2017年の68GW W11から775GWに増加し、そのうち84%が軽自動車に使用されることになります。

私の国、EU、インド、米国の需要はそれぞれ 50%、18%、12%、7% を占めました。 過去20年間、生産規模の拡大とともに、電気自動車の主力バッテリーであるリチウムイオン技術は大幅に向上し、価格も大幅に下落したため、電気自動車のコストパフォーマンスは燃料車から始まっています。 主な推進要因 1990 年以降、リチウムイオン電池は、民生用電子機器、エネルギー貯蔵 (家庭、公共事業)、電気モーター業界で広く使用されてきました。

生産規模の拡大に伴い、性能は大幅に向上し、価格は大幅に低下しました。 未来。 化学物質。

バッテリーの性能は分極材料によって影響を受けます。 重要な正極材料には、リチウムニッケルマンガンコバルト（NMC）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（NCA）、リチウムマンガン酸化物（LMO）、リン酸鉄リチウム（LFP）が含まれます。ほとんどの負極材料には、大型自動車の循環寿命に使用されるグラファイト、チタン酸リチウム（LTO）が使用されます。 NMC と NCA 技術の重要な利点は、エネルギー密度が高く、軽量バッテリー市場をリードすることです。LFP のエネルギー密度は低いですが、サイクル寿命と安全性能が高いという利点があり、大型電気自動車 (つまり乗用車) にとって重要な化学物質です。

化学物質はバッテリーのコストに大きな影響を与え、使用する化学物質が異なり、その価格差は 20% に達することもあります。 バッテリーの容量とサイズ。 電気自動車のバッテリー容量は大きく異なり、私の国の小型電気自動車 3 台のバッテリー容量は 18 です。

3〜23kWh。欧州と北米の中型車のバッテリー容量は23〜60kWh、大型車のバッテリー容量は75〜100kWhです。 バッテリー容量が大きいほど、コストは低くなります。 70kW の蓄電池ユニットのエネルギーコストは、30kW のものより 25% 低くなると推定されます。

加工スケール。 規模の経済を実現するための張大の処理規模は、もう一つの重要な要素です。 現在、典型的な生産範囲は約0です。

5～8JW/年、出力は3GW/年程度がほとんどです。 標準的な容量は20〜75kWhで、電気自動車1台分を計算し、1つの工場の生産量は年間6000〜40万個のバッテリーパックの加工に相当します。 現在、ドイツ、米国、中国、インドなどの地域では、テスラが35GWに達するスーパーファクトリーを含む、一連の大型バッテリー生産工場が新設されています。

充電速度。 現在の技術では40〜60分で80%充電できます。 このアピールにより、電極の厚さを減らすなど、バッテリー設計が複雑になり、バッテリーのコストが増加し、バッテリーのエネルギー密度が低下し、バッテリーの寿命が短くなります。

米国エネルギー省の分解声明では、400キロワットの充電に対応するためにバッテリーの設計が変更されたため、バッテリーのコストが増加するとしている。 材料革命の主な潮流はIEAの分解に基づいており、20年以内にリチウムイオン電池が依然として主流となるが、その化学材料は徐々に変化するだろう。 2025年までに、低コバルト、高エネルギー密度、正極リチウムニッケルマンガンコバルト（NMC）811などを備えた新世代のリチウムイオン電池が登場します。

量産に入ります。 グラファイト陽極には少量のシリコンが添加されており、エネルギー密度を50％増加させることができるほか、より高い電圧に耐えられる電解質塩も性能向上に貢献します。 2025年から2030年の間に、リチウム金属を正極とし、グラファイト/シリコン複合材料を負極とするリチウムイオン電池が設計段階に入る可能性があり、さらに固体電解質を導入してエネルギー密度と電池の安全性をさらに向上させることもできます。

さらに、リチウムイオン技術は、リチウム空気、リチウム硫黄など、他のエネルギー密度とより低い理論コストに置き換えられる可能性があります。 しかし、これらの技術の開発レベルはまだ非常に低く、実際のパフォーマンスはまだ調査中です。 2018年7月26日のネイチャージャーナルに掲載された「リチウムイオン電池の再設計まであと10年」と題された記事は、リチウムイオン電池の性能と価格の進化が遅れていると指摘した。

上記の問題には、電極材料の結晶構造において、蓄えられる電荷の量が理論上の最大値に近くなること、市場規模が大きくなり価格の大幅な低下を継続的にもたらすことが難しいことなどが含まれます。 さらに悪いことに、コバルトやニッケルなどの電極材料は非常に不足しており、新たな変化がなければ、2030年～2037年（あるいはそれ以前）には、コバルトとニッケルの需要が供給を上回ると予想されています。 一方、鉄、銅、銅などの新しい代替電極材料はまだ研究の初期段階にあります。

記事は、材料科学者、技術者、資金提供機関に対し、埋蔵量などの鉄、銅、その他の材料をベースにした電極材料の研究を強化するよう呼びかけている。 そうでなければ、電気自動車の大規模な開発は制限されることになる。 電気自動車と燃料自動車のコストに影響を与える重要な要因には、バッテリー価格、車体サイズ（燃費と電気自動車のバッテリーサイズに影響）、燃料価格、前年比の走行距離などがあります。

電池の価格面では、7.5～80kWh/年の電池があり、電池容量は70～80kWhで、20​​30年のコストは100～122米ドル/kWhまで下げることができ、EU（93米ドル/kW）、我が国（116米ドル/kW）、日本（92米ドル/kW）のコストと非常に近いです。 電気自動車とガソリン車のコストの差は徐々に縮まっていくだろうが、バッテリーとガソリンの価格は車体の規模を超えている。

たとえば、バッテリーの価格は 1kWh あたり 400 ドルに相当し、電気自動車は非常に競争力があり、燃料自動車の方が経済的です。 電気自動車のバッテリーの価格は安く、ガソリンの価格は高いので、走行距離が長い場合は、小型燃料車よりも小型電気自動車やプラグインハイブリッド車を選択する方が経済的です。 たとえば、バッテリーの価格が 120 ドル / kWh で、ガソリンの価格が現在よりも高い場合、長期的な走行距離に関係なく、純粋な電気自動車の方が経済的な選択になります。

バッテリー価格が 260 ドル / kWh で、走行距離が 35,000 キロメートル / 年以上、オイル価格が 1.5 ドル / リットルに達する場合、より経済的な選択となります。 大型電気バスの場合、バッテリー価格が260米ドル/kWh未満であれば、ディーゼル税制度が高い地域でも年間4～5万キロメートル走行する電気バスはコスト競争力があります。