レビュー論文
ナトリウム･イオン電池のエンジニアリング：好機と課題
Engineering of Sodium-Ion Batteries: Opportunities and Challenges
By Lina Zhao, Teng Zhang, Tao Li, Long Zhang, Xiaoguang Zhang, Zhiyi Wang
Engineering 2023;24:172-183 2023.05.
要約
持続可能で環境に優しい再生可能エネルギー工学の最近の普及は、地球環境危機との闘いに関して世界的に重要な注目のテーマである。再生可能エネルギーの断続を抑制し、再生可能エネルギーを安定した発電で送電網に統合するには、二次電池ベースの電気エネルギー貯蔵技術が最も有望な解決策とみなされている。これは、安全かつコスト効率の高い方法でグリーン・エネルギーを貯蔵し、収穫する優れた能力によるものである。ナトリウム･イオン電池は、ナトリウム資源が広く入手可能で低コストであるため、次世代の大規模電気エネルギー貯蔵システムの有望な代替品と見なされている。本レビューでは、さまざまな用途要件に応じたリチウム・イオン電池とナトリウム･イオン電池の主な違いを詳細に説明し、ナトリウム･イオン電池についての現在の理解について説明する。リチウム・イオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム･イオン電池の技術進化を比較することで、ナトリウム･イオン電池の利点が明らかになる。本レビューでは、ナトリウム･イオン電池の化学的性質と技術を備えたナトリウム･イオン電池大手5社と商業化されたナトリウム･イオン電池製品の紹介に焦点を当て、現在のナトリウム・イオン電池技術に基づいて実現された商業的成果についてもハイライトを提供する。最後になったが、次世代ナトリウム･イオン電池の商業化に向けた見通しと主要な課題について説明する。
１．はじめに
1.1. 再生可能エネルギーの普及
1.2. 電池ベースの電気エネルギー貯蔵
1.3. リチウム・イオン電池の現在の市場
２．ナトリウム･イオン電池：リチウム・イオン電池の代替となる可能性のあるもの
2.1. 常温ナトリウム･イオン電池の復活
2.2. ナトリウムとリチウムの比較
2.3. ナトリウム･イオン電池の利点
2.3.1. 費用節約
2.3.2. エネルギー密度
2.3.3. 安全性
３．グローバルな商品化と戦略
3.1. ファラディオン社
3.2. ヒナ電池技術社
3.3. アクイオン・エナジー社
3.4. ノバシス・エナジーズ社
3.5. ナトロン・エナジー
以上の章と節は省略。
４．結論と展望
我々がよりグリーンなエネルギーとグリーンな経済への社会的移行に直面している中、再生可能エネルギーの普及を促進することは、この究極の目的を実現する上で重要な要素として際立っている。再生可能エネルギー源の本質的な断続性を抑制し、それらを現在の送電網または将来のスマート送電網に統合するには、コスト効率の高い電気エネルギー貯蔵が重要かつ必要である。室温ナトリウム･イオン電池は、比較的初期のエネルギー貯蔵技術として、豊富なナトリウム埋蔵量と、ナトリウム･イオン電池の電気化学的挙動が商用リチウム・イオン電池のそれに類似しているため、かなりの注目を集めている。実際の応用の観点から、キロワット時あたりのコストとサイクル寿命あたりのコストが最も重要なパラメーターになる。したがって、ナトリウム･イオン電池は、サイズが最初に考慮されない大規模なステーションまたは送電網用途における電気エネルギー貯蔵の有望な選択肢となる。
4.1. 陰極
4.2. 陽極
4.3. 電解質
4.4. 製造工程
以上の節は省略。
4.5. 産業の発展
ナトリウム･イオン電池の産業開発には、次のような課題が残されている。① コスト、性能、安全性の問題は、エネルギー貯蔵用途のナトリウム･イオン電池開発と商品化の重要なパラメーターとして残っている。② 第一世代商用ナトリウム･イオン電池製品は既にエネルギー貯蔵市場に参入しており、ライトモビリティを目指しているが、ナトリウム･イオン電池はまだ準備段階にある。ナトリウム･イオン電池の定置型および／または送電網貯蔵用の用途を実現するには、研究努力と学術レベルからセル/パック・レベルに移行し、政策の方向性とともに産業投資とインプットによってサポートされる必要がある。③ エネルギー密度当りのコストをさらに下げることで、ナトリウム･イオン電池とリチウム・イオン電池の互換性がさらに高まる。次世代ナトリウム･イオン電池は次の目標を目指す必要がある：200 mAh/gの陽極、500 mAh/gの炭素ベースの陰極を適用して220 Wh/kgのエネルギー密度に達する、平均出力電位は3.3 Vである。
ナトリウム･イオン電池の主な課題は、高いエネルギー密度と長いサイクル寿命の両方を達成することである。電池の優れた電気化学的性能は、その作成に関与する材料科学に依存する。最先端のナトリウム・イオン技術における多くの本質的な問題は、セルレベルから実用的な製品に至るまで、まだ解決されていない。これらは、次世代ナトリウム･イオン電池の開発に向けたナトリウム･イオン電池の化学および技術における重要な課題として要約されている。
