中国は次の大きな進歩であるナトリウム電池を支配する可能性がある

Jun 01, 2023

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中国はナトリウムを使用する電池の開発において世界の他の国々よりもはるかに先を行っており、どこにでもあるリチウム電池と競合し始めている。

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キース・ブラッドシャー著

中国の長沙、寧徳、福州からのレポート

中国内陸部の長沙では、何千人もの化学者、エンジニア、製造労働者が電池の未来を形作っている。

スタンフォード大学がマイクロチップの先駆けとなったシリコンバレーの起業家のキャリアを形成したのと同じように、同市のセントラル・サウス大学は技術を進歩させる卒業生を大量に輩出している。 Xiang川を渡ったところにある広大な工場では、充電式電池を可能にする高度に加工された化合物に鉱物を混合しています。

これらの電池は主にリチウムでできており、携帯電話やその他の家庭用電化製品の普及に貢献してきました。 これらは自動車産業に変革をもたらしており、気候変動との戦いに不可欠な太陽光パネルや風力タービンにも間もなく同じことが起こり始める可能性がある。 中国は化学品の精製と生産を独占している。

現在、中国は充電式電池の次なる大きなイノベーションを主導できる立場にある。それはリチウムを、はるかに安価で豊富な材料であるナトリウムに置き換えることだ。

ナトリウムは塩の一部として世界中で発見され、リチウムの価格の 1 ～ 3 パーセントで販売されており、化学的には非常に似ています。 最近の進歩により、ナトリウム電池は何年も毎日充電できるようになり、リチウム電池の重要な利点が少しずつ失われていきます。 ナトリウム電池のエネルギー容量も増加しました。

そして、ナトリウム電池には大きな利点があります。気温が氷点下に下がっても、ほぼすべての充電量を維持できるのですが、これはリチウム電池では通常できないことです。

長沙では、中南大学の緑豊かなキャンパスの卒業生が、世界最大の化学メーカーであるドイツのBASFなどの企業が運営する近くの研究所でナトリウム電池技術の研究に取り組んでいる。 ナトリウム電池用化学物質の最初の大規模工場の 1 つが、研究所から数ブロック離れた場所にすでに建設中です。

中国の電池幹部らはインタビューで、ナトリウム電池セルをリチウム電池セルに非常に似せて同じ装置で製造できる方法を昨年見つけたと述べた。 世界最大の電気自動車用バッテリーメーカーである中国の大手CATLは、単一の電気自動車のバッテリーパックにナトリウム電池とリチウム電池を使用し、ナトリウム電池の低コストと耐候性を、航続距離の延長と組み合わせて使用​​する方法を発見したと発表した。リチウム電池。 同社は現在、これらの混合バッテリーパックを量産する準備ができていると述べている。

CATL研究所の副所長であるHuang Qisen氏は、中国寧徳市の同社本社でのインタビューで、「われわれはこれを産業化する準備ができている」と語った。 CATLはContemporary Amperex Technology Ltd.の略で、長沙からの化学薬品に部分的に依存しており、最近寧徳市に同社初の大規模ナトリウム電池組立ラインを建設した。

多国籍企業はナトリウムに注目しています。

世界最大の鉱山会社ＢＨＰのマイク・ヘンリー最高経営責任者（ＣＥＯ）は「これによりリチウム需要のピークが短縮されるだろう」と述べた。 「特定の用途ではナトリウムがリチウムに取って代わられるようになるだろうと確信しています。」

ナトリウムを電池に利用する研究は1970年代に米国主導で本格的に始まった。 日本の研究者は十数年前に重要な進歩を遂げた。 その後、中国企業がこの技術の商業化を主導している。

コンサルティング会社ベンチマーク・ミネラルズによると、現在世界中で計画されているか、すでに建設中のナトリウム電池工場20カ所のうち、16カ所が中国にある。 2年以内に中国は世界のナトリウム電池製造能力の95％近くを占めることになる。 ベンチマークは、その時点でもリチウム電池の生産量はナトリウム電池の生産量をはるかに下回るだろうと予測しているが、ナトリウムの進歩は加速している。

来週の上海モーターショーで、自動車メーカーと電池メーカーは、中国市場向けの少なくとも一部の限られた範囲のサブコンパクトカーにナトリウム電池を搭載する計画を発表すると予想されている。

ナトリウム電池の最も有望な用途は、送電網、つまり電力を送電する電線と鉄塔のネットワークです。 電力網用バッテリーは、特に中国で急速に成長している市場です。 テスラは今週、エネルギープロバイダー向けにリチウム電池を製造する工場を上海に建設すると発表した。

同じ電荷を保持するには、ナトリウム電池はリチウム電池よりも大きくする必要があります。 これは、スペースが限られている自動車にとっては問題ですが、電力網の蓄電にとっては問題ではありません。 リチウムからナトリウムに切り替える電力会社は、ソーラーパネルや風力タービンの近くの空き地に2倍の大型バッテリーを設置するだけで済みます。

世界中の電力会社は、太陽光や風力などの気候に優しいエネルギー源への移行に伴い、膨大な量の蓄電池への欲求が高まっています。 太陽が照り、風が吹く間にエネルギーを蓄え、後で石炭やガスによる電力の代替として使用できる必要があります。

中国の大きな省である山東省では、工場や家庭が必要とする以上の太陽光発電が送電網に流れ込む正午よりも、需要が高まる夕方の電力がすでに最大20倍で売電されている。 発電会社はリチウム電池を使用して、再生可能電力をより多くの時間にわたって配電します。

しかし、中国中西部の三峡集団公司など、一部の電力会社はナトリウム電池の実験を始めている。 中国の太陽光産業を専門とするコンサルタントのフランク・ハウグウィッツ氏によると、多くの省は、新設の太陽光発電所や風力発電所に対し、発電量の10～20％を蓄えるのに十分なバッテリーの設置を義務付け始めているという。

CATLは福州などの都市の電気自動車充電ステーションにミニバンほどの大きさのリチウム電池を設置した。 バッテリーは、夜間や充電ステーションの屋上のソーラーパネルに太陽が当たっているときなど、電力が安いときに自動的に充電され、ドライバーが充電するためにいつでも準備が整います。 CATLはそのような場所でナトリウムを使用できるかどうかを研究している。

リチウム電池とは異なり、最新のナトリウム電池はコバルトのような希少な材料を必要としない。コバルトは主にアフリカで人権団体が懸念する条件下で採掘される鉱物である。 最新のナトリウム電池にはニッケルも必要ありません。ニッケルは主にインドネシア、ロシア、フィリピンの鉱山で採掘されます。

しかし、中国がナトリウム分野でのリーダーシップを目指して急ぐ中、依然として課題に直面している。 まず第一に、ナトリウムをどこで入手できるかです。

塩は豊富にありますが、米国はナトリウムの主な産業供給源であるソーダ灰の容易に採掘できる世界の埋蔵量の 90% 以上を占めています。 ワイオミング州南西部の砂漠の地下深くには、5,000万年前に形成されたソーダ灰の広大な鉱床が眠っています。 そこでのソーダ灰は、アメリカのガラス製造産業のために長い間抽出されてきました。

ソーダ灰の天然埋蔵量は最小限であり、米国からの輸入に依存することを躊躇しているため、中国は代わりに石炭を燃料とする化学工場で合成ソーダ灰を生産している。

中国の合成ソーダ灰産業には、有害な水質汚染の記録がある。 その中には、2016年に中国中東部でアルカリスラグの山が崩壊し、車が流され、主要河川が汚損したことも含まれる。 同国の環境庁は業界の浄化に取り組んでいる。

ナトリウムをめぐるもう一つの疑問は、リチウムが依然として高価であるかどうかである。 リチウムの価格は２０１７年から昨年１１月までに４倍に上昇したが、その後は３分の２まで下落した。

ナトリウム電池の耐久性にも疑問があります。 コンサルティング会社ランタオ・グループの電力部門コンサルタント、デービッド・フィッシュマン氏によると、電力会社はナトリウム電池が実験室だけでなく屋外で何年も性能を発揮するかどうかを確認したいと考えているという。

しかし、フィッシュマン氏らは現在、ナトリウム電池の開発を注意深く監視している。 電池の需要は急速に伸びており、リチウムが永久​​に主要な材料であり続ける可能性は低い。

「はい、ナトリウムには役割があります」とBHPのヘンリー氏は語った。 「中国はこの分野での研究推進の最前線に立っている。」

李 あなたは研究に貢献しました。

キース・ブラッドシャーはタイムズの北京支局長である。 以前は上海、香港、デトロイトの支局長を務め、ワシントン特派員も務めた。 彼はパンデミックの間中、中国本土に住んで取材してきた。 @keithbradsher

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