リチウム電池はエネルギーの現状を変えることができますか？

エコノミスト誌の最新版の印刷版によると、リチウムイオン電池は電気自動車の革命を引き起こすだけでなく、私たちの日常生活に浸透し、今日のエネルギー状況に革命を起こすことができます。

以下は元のテキストです。

日産サンダーランド工場の曲がりくねった線に沿って約4分の3を歩いていると、労働者は常に多数の緩い乗客用シャーシに燃料タンクを取り付けています。工場で製造される車のほとんどはSUVです。しかし、時折、路線は別の車、リーフと呼ばれる電気自動車を通過します。

この時点で、作業者の作業は燃料タンクの取り付けからバッテリーの取り付けに変わります。彼の動きは彼の隣のロボットアームと完全に一致し、燃料車と電気自動車をシームレスに切り替えます。

最近まで、多くの人がこの切り替えは素晴らしいと思っていました。過去1世紀にわたって、内燃機関は自動車や船舶の主なエンジンでした。それはそれに大きなリードを与えます。リーフは世界で最も売れている電気自動車であると主張していますが、英国最大の自動車工場であるサンダーランド工場は、昨年の無料車が31万台であったのに対し、昨年は17,500台のリースしか生産しませんでした。まったく対照的に、Xiaokeは利益を上げている状態にあり、Leafは損失を出している。

昨年の世界の電気自動車の販売台数は75万台で、新車市場の1％未満でした。ルノー・日産アライアンスのオーナーであるカルロスゴーンは、2011年に、2016年までに電気自動車の生産を2倍にするのは2社のみであると述べました。後から考えると、この予測は明らかに楽観的すぎますが、同様の予測は珍しいことではありません。

しかし、電気自動車の発売時期は定かではありませんが、この技術がまもなく大企業になることは一般的に認められています。

ガソリンの満タンに近い走行距離の民間電気自動車（テスラのモデル3やゼネラルモーターズのシボレーボルトなど）が最近公開され、改訂されたリーフが9月にリリースされます。サンダーランド工場は、燃料トラックと電気自動車がすでに生産ラインを共有できることを示しており、容量を拡大することでそのような自動車の人気を簡素化しています。

リチウム電池の飛躍

多くの予測によると、電気自動車の所有と運転の生涯コストは、数年以内に燃料車のそれと比較でき、2020年代に売り上げが急増し、2030年代に主流になります。昨年の電気自動車の世界販売の約半分を占め、2020年までに推定200万台の電気およびプラグインハイブリッド車が、10年間で最大700万台になります。

コンサルティング会社のブルームバーグニューエナジーファイナンスは、石油会社の電気自動車に対する期待は数年前よりもはるかに高いと指摘しました。石油輸出国機構（OPEC）は現在、2040年に2億6600万台の電気自動車を道路で運転することを期待しています。英国とフランスの両方は、それまでに純粋な燃料車が禁止されると述べました。

これは、リチウム電池事業の目覚ましい拡大と、今後も業界が急成長を続けるという一般的なコンセンサスによるものです。最初のリチウム電池は26年前に販売を開始し、当初はソニーのCCD-TR1カメラで使用されていました。その製品は人気があり、使用するバッテリーはさらに多くなり、コンピューター、携帯電話、コードレスデバイス、電子タバコなどの製品に徐々に適用されていきました。

電池を使用する電子機器が多いほど、リチウム電池の需要は大きくなります。昨年、消費者製品は約45GWhのリチウム電池に貢献しました。素人の言葉で言えば、すべてのバッテリーが英国に電力を供給するために使用される場合（国の平均電力消費量は34 GWです）、それは約1時間20分続くことができます。

同じ年に、電気自動車用のリチウム電池の生産は、電子機器の半分である25GWhに達しました。しかし、CairnERAのバッテリーコンサルタント会社であるSamJaffeは、自動車用バッテリーの需要が早ければ来年には家電製品を上回り、業界全体のターニングポイントになると予想しています。大規模な拡張が始まりました。

日本のパナソニック、韓国のLG化学とサムスンSDI、そして世界のリチウム電池メーカーのトップ5である中国のBYDと寧徳の時代はすべて設備投資を増やしており、2020年までに生産量が3倍になると予想されています。テスラの50億ドルのスーパーパナソニックと共に寧徳に建設された工場は、すでに年間約4GWhを生産することができます。テスラは、2018年までに35GWhの容量になると述べました。わずか4年前、この出力は世界中のすべてのリチウム製品に十分でした。

スーパーファクトリーは電気自動車のためだけに作られているのではありません。南オーストラリア州の電力規制について聞いた後、テスラの創設者であるイーロンマスクは、3月に国の首相に、テスラは年末までに十分なバッテリー容量を提供して、グリッドがさようならしないようにすることができると語った。

スーパーファクトリーでは、上司の約束を守るために、129MWhの容量を詰め込もうとしています。太平洋の反対側に設置すると、電力網をベースにした世界最大の規模になります。ただし、将来的には同様のシステムが多数導入される予定です。

送電網事業者が太陽光と風力エネルギーの断続的な供給を円滑にする方法を模索するにつれて、産業規模のリチウム電池の人気が高まっています。特に、自動車に使用される多くの電池をつなぎ合わせて、化学部品と電子部品を調整します。より速い充電および放電速度をサポートするため。

グリッドから独立したい消費者は、より小さなバッテリーを購入するか、電気料金が最も高い日中または夜間にグリッドに販売するために自分の電力を保管することができます。バッテリーは、将来の真に低排出のビジョンの不可欠な部分になっています。

世界の生産能力が急上昇

リチウム電池の基本原理はわかりやすいです。バッテリーが電位まで充電されると、リチウムイオンがグラファイト電極の奥深くまで引き込まれます。使用中、これらのリチウムイオンは、液体電解質を介して、リチウムと他の金属の化合物でできた、より複雑な電極であるカソードに戻ります。

一方、バッテリー事業の基本的な運営モデルは非常に不透明です。これは主に、サプライヤーが市場のリーダーであるアジアの巨人の秘密と予測不可能な経済状況に過度の注意を払っているためです。

過去数年間の状況は、一部にはユニットコストを下げることができるため、すべての大手メーカーが生産能力を増強していることを示しています。バッテリーの基本コンポーネントとして、リチウムバッテリーは2010年にkWhあたり1,000ドル以上の費用がかかり、昨年は130ドルから200ドルに下落しました。 GMによると、ボルト用に60kWhのバッテリーパックを購入したとき、LG化学に支払われた価格はkWhあたり145ドルでした（バッテリーパックのコストは、労力、材料、電子部品のためにバッテリーのコストよりも高かった）。

テスラは、モデル3のバッテリーの価格が安いと言いました。低コストだけが改善点ではありません。大量の研究開発投資により、より高いエネルギー密度（キログラムあたりの容量の増加）とより高い耐久性（充電と放電のサイクルの増加）が達成されました。ボルトのバッテリー保証は8年間続きます。

しかし、このように、値下げは、より安価でより良い品質のバッテリーを生産するだけでなく、深刻な過剰容量につながる可能性があります。 CairnERAは昨年、リチウム電池の容量が需要の3分の1であると推定しました。エージェンシーとBNEFの両方が、生産されたすべての自動車用バッテリーについて、バッテリーメーカーはお金を失うか、わずかな利益しか得られないと述べた。

供給過剰にもかかわらず、それらはすべて、部分的にはさらにコストを削減するために、拡大し続けることを計画しています。ジェフは、この種の考え方は「伝統的なアジアの巨大モデル」に属すると説明しました。つまり、市場シェアと引き換えに利益率と引き換えにです。

電気自動車の未来は明るいので、これは良い戦略のようです。でも今は少し緊張しているようです。ジェフは、電気自動車と貯蔵施設の需要の伸びがこの急速な拡大を支えることができると信じていますが、今では「これは金のないゴールドラッシュのようなものです」と信じています。

しかし、それは他のいくつかの貴重な金属を含んでいます。より多くの電池を製造するには、より多くのリチウムと、陰極の製造に使用されるコバルトを含む他のさまざまな金属が必要です。これらの金属は、バッテリーのコストの約60％を占めています。電池メーカーにとって、これらの材料の継続的な供給を確保することは、電気化学技術を習得することと同じくらい重要です。

2015年以降、コンサルティング会社BenchmarkMineralIntelligenceのSimon Mooresは、リチウムの価格が3倍になり、コバルトの価格が2倍になり、カソードに使用されるニッケル含有化学物質の価格も上昇したと述べています。

モース氏は、リチウムの新しい供給源を見つけることは難しくないと述べた。世界のリチウム埋蔵量は少なくとも2億1000万トンであり、現在の年間生産量はわずか18万トンです。新しいリチウム鉱山は徐々に採掘されています。世界最大のリチウム生産者であるチリのSQMは、7月に、リチウム合弁会社を設立するために西オーストラリアに1億1,000万ドルを投資すると発表しました。

コバルトの状況はさらに厄介です。物資が不足しているだけでなく、多くはコンゴ民主共和国からのものです。この地域には倫理的な問題（児童労働に頼る必要がある）とビジネス上の問題（重要な資源を軍閥に頼りたくない）の両方があります。 LG化学は、パフォーマンスを改善し続けながら、バッテリーに使用されるコバルトの量を削減しようとしていると述べています。将来的には、使用済みバッテリーからこの金属をリサイクルすることで、業界全体の持続可能性が向上します。

原材料価格の高騰に直面してメーカーが自信を持って生産能力を拡大している理由の1つは、リチウム電池には現在ライバルがほとんどいないことです。原則としてより大きな利点があると主張する他の電池技術がしばしばありますが、何十年にもわたる開発を通じて、単純なアイデアからリチウム電池のような主要な技術に変わることはできません。プロセス全体が、微細製造、電解質の選択、さらに複雑な金属カソードナノテクノロジーなど、多くの補完的なテクノロジーを生み出しました。

米国のカソード材料のサプライヤーであるCaMXPowerの責任者であるKainan・saxin氏は、リチウム電池のコストと重量、繰り返しサイクル数、耐久性、安全性はすべて、一夜ではなく無数の調整によって達成されると述べました。

彼は電池化学を製薬業界の創薬プロセスに例えています。 「それは本当に難しい。あなたが規模で何をしたいのか、あなたは副作用を受け入れなければならない」と彼は言った。これは、潜在的な皇位簒が模倣するのは難しいです。近い将来、進歩的なリチウム電池技術（おそらく新しい固体電極を使用する）は、それがサポートするアプリケーションの継続的な急増をリードし、その恩恵を受け続けるでしょう。

これまでのところ、最も主流は円筒形の18650バッテリーです。長さ約65mm、直径18 mmで、エネルギー密度は1キログラムあたり約250Whです。 （比較として、ガソリンのエネルギー密度は約50倍ですが、バッテリーは数百倍のエネルギーを蓄えることができます。）

テスラとパナソニックは現在、1,8650よりわずかに長く幅の広い2170コアを開発しています。マスク氏によると、これは市場で最も密度の高いバッテリーになるという。同社によれば、7月末に納入されたモデル3の運転コストは、以前のモデルの半分でした。車の発売時に、マスク氏が来年50万台の車を生産できると発表したことは畏敬の念を起こさせました。 「生産地獄へようこそ」と彼はアセンブラーに言った。

テスラは8月7日、同社の拡大計画を支援するために15億ドル相当の債券を発行すると発表しました。これにより、株式市場は待望の休息を得ることができ、株価は3分の2上昇しました。過去1年間。

同社は、Model3の販売前注文を455,000件受け取ったと述べています。これにより、年末までに財務を強化するのに十分な現金が生み出されます。すべてが計画通りに進んだ場合、ムスクはスーパーファクトリーが年間100GWhの容量を持つ世界最大の建物になることを望んでいます。同社は他の場所にスーパープラントを建設することもでき、次のスーパープラントは中国にある可能性があります。

これはすべて、電気自動車が繁栄することを示唆しています。これらの製品がより良く、より安くなっていることは間違いありません。しかし、その実用性を制限する他の要因、特に充電があります。英国では、車の所有者の43％が路上駐車を持っていないため、自宅で車を充電することはできません。 11kWの充電器を使用して90kWhのバッテリーを6時間充電すると、ヒューズを焼くことができます。

急速充電ステーションはソリューションであり、一種のガソリンスタンドです。一部の自動車会社は、電気自動車の所有者に特徴的な「走行距離の不安」を緩和するために、そのような施設を建設し始めています。しかし、そのような施設が拡大する速度が業界の野心をサポートするかどうかはまだ分からない。

バッテリーメーカーにとってストレージを魅力的な選択肢にしているのは、電気自動車の使用の伸び率に関する不確実性です。サンディエゴガスアンドエレクトリックカンパニー（SDGE）は最近、サンディエゴ郊外の駐車スペースにそのような施設を建設しましたが、新車の発売ほど光沢はありません。これは実際には、384,000コアのトレーラーパークを装ったカーバッテリーです。これはおそらくこれまでで最も鈍いトランスフォーマーです。

しかし、SDGECOOキャロラインウィンは、普通がその魅力であると言いました。この施設の目的は、ピーク時の電力使用量で電力を供給することです。モジュール式の建物により、この120 MWhの施設（南オーストラリアでの建設に対するテスラの取り組みよりもわずかに小さい施設）は、建設から試運転までわずか8か月しかかかりませんでした。そのノイズは非常に小さく、ほとんど聞こえません。

ガスタービンでも同じ作業をすればコストは削減できますが、数年かかり、地域住民の同意を得ることができません。バッテリーは「ガスタービンよりもはるかに美しい」とウィン氏は言います。

究極のエネルギー源。

テスラや他のバッテリーメーカーにとって、グリッドストレージは電力市場の最も魅力的な部分であり、そうでなければ過剰な容量になる可能性があるものを利用します。さらに、自己使用型ストレージシステムもバッテリー需要を増加させる可能性があります。テスラは、同社のソーラーパネルを補完することを望んで、Powerwall家庭用バッテリーを通じて市場に参入しました。

日産はまた、独自のストレージ市場を模索しています。同社は、米国の電力管理会社であるイートンと協力して、ディーゼル発電機に代わるバックアップ電源として、使用済みのリーフバッテリーを企業や工場に提供しました。彼らの最初の主要な顧客は、アヤックスフットボールクラブの本拠地であるアムステルダムスタジアムでした。

そのようなシステムは価格の面であまり競争力がないかもしれませんが、政府はそれらに様々な補助金を提供します。 5月、ニューヨーク州の規制当局は、公益事業会社であるConEdisonに、グリッドに電力を供給するためにブルックリンとクイーンズにバッテリーを設置する権利を与えました。

ニューヨークの電力網は荒廃し、1世紀以上前のジョージウェスティングハウスとニコラテスラの時代にまでさかのぼります。現在、より多くの再生可能エネルギーを電力源として吸収する努力がなされており、エネルギー貯蔵施設は、電力のピーク需要に対処するための新しい方法を提供します。州のエネルギー当局者であるジェイソン・ドーリング氏は、このプロジェクトは、朝と夕方の時間帯にエレベーターに電力を供給することができる高層ビルへの設置に最適であると述べました。

しかし、ニューヨークの消防当局は、建物のリチウム電池が発火する可能性があることを依然として懸念しています。昨年のSamsungGalaxy Note 7「BombDoor」は、リチウム電池が適切に設計されていないと、短絡のために燃焼することを世界に認識させました。しかし、全体として、電極に使用されている新しい材料とセラミックコーティングにより、自動車のバッテリーは非常に安全になっています。

セキュリティ上の懸念に加えて、独自の電力貯蔵システムを設置している企業は、時代遅れの規制や保険の問題によって妨げられていると述べています。スイスの電池メーカーLeclanchéの責任者であるAnilSrivastavaは、これが資金を得る能力を制限していると述べた。彼らはまた、電力貯蔵を価値のあるものにする方法を見つける必要があります。

時々、これはほとんど唯一の規制ソリューションです（サンディエゴのように）：カリフォルニアの公益事業委員会は、2015年のアリソキャノンタンクのリーク後のロサンゼルスでの停電を心配していました。価格が主な目標である場合、バッテリーはユーザーに提供する複数のサービスを探しています。このプログラムは「収益の重ね合わせ」と呼ばれます。たとえば、システムは、短期間の周波数調整のためにグリッドに電力を供給するだけでなく、ピーク需要への応答としても機能します。

複雑に聞こえるかもしれませんが、同じものを販売する複数の方法を見つけることは、さまざまな市場やさまざまな用途に合わせてさまざまな製品をカスタマイズするのと同じように、バッテリー業界では避けられない傾向です。今日のブームは気が遠くなるように思えるかもしれませんが、長期的には、業界は良い方向に向かっているように見えます。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。