ニオブ: 電気自動車を数分で充電できる化学物質

歴史ある大学都市ケンブリッジの南にある工業団地で、エキオン・テクノロジーズという会社の研究者たちは、自動車用バッテリーの急速充電に最適な方式を探している。

多くの政府が二酸化炭素排出量を実質ゼロにするという最終目標を掲げていることを考えると、このような発明は非常に時宜にかなったものとなるだろう。

電気自動車はすでに長距離走行機能を備えており、航続距離 322 キロメートルも珍しくありませんが、多くの場合、フル充電するには何時間も電源に接続する必要があります。

これを 1 時間未満で達成できれば、国境を越えた旅行がより実現可能になり、消費者にとって電気自動車はより魅力的なものになります。

充電が速くなると、道路での移動時間が増え、電源に接続される時間が減り、電気バスや配送用バンの生産性も向上する可能性があります。

急速充電できるバッテリーにより、架線設備などの高価な電化インフラを設置することなく、電車の利用が容易になる可能性もあります。

エキオン本社はイングランド南東部ケンブリッジ近郊のソーストンにあります。 写真: ダニエル・バーズリー/ザ・ナショナル

イングランド南東部にある Echion Technologies の本社での研究は、多くの人が聞いたこともない化学元素であるニオブを中心に行っています。

ニオブは、その知名度の低さにもかかわらず、1980 年代以来、リチウムイオン電池の負極 (リチウムイオンを受け取るリチウムイオン電池の材料) の潜在的な材料として注目されてきました。

世界中の多くの企業がその使用を研究しているため、ステンレス鋼に時々含まれるこの金属は、電気輸送への移行において重要な役割を果たす可能性があります。

「以前に行われた作業は出発点でした。商用素材として最適化されていませんでした」とエキオン テクノロジーズの最高商業責任者であるベンジャミン ティン氏は述べています。

「エキオン社の焦点は、大衆市場での使用に適した電池の負極として使用される最適な材料を考え出すことでした。」

多くの研究開発と同様、これらの取り組みは骨の折れる作業ではありません。過去数年にわたって、Echion Technologies は 1,000 近くのニオブベースのアノード候補材料をスクリーニングし、「非常に狭い割合」を選択しました。

同社の 30 名を超える従業員数の約 3 分の 2 を占める研究開発スタッフは、さまざまな割合で化学物質の混合物を含む粉末を製造し、炉で合成します。

次に、粉末をインクに混合し、箔をどの程度うまくコーティングして電極になるかをテストします。

得られた電極は、数十個の小さなコイン状電池でテストされます。それぞれの電池は、たとえばテレビのリモコンや銀行のカードリーダーにある電池と外見的には似ています。

「コインレベルでの我々の結果を受けて、多くの大手セルメーカーが我々の素材を使った商用フォーマットの開発を開始するようになった」とティン氏は語った。

バッテリーのパフォーマンスを最適化するには、複数の変数を調整する必要があります。 それらの中で重要なのは、充電率、エネルギー密度、電力密度、動作温度、バッテリーが持続できる充放電サイクル数、さらにその安全性と持続可能性です。

バッテリーの充電が速いほどエネルギー密度が低くなることが多いため、充電速度とエネルギー密度を最適化することは特に重要です。

オーストラリアの公認エンジニアであるティン氏は、「多くの場合、1つを最適化しようとすると、他の面でもトレードオフが生じることになる」と語った。 「ベストバランスを提供すると言っています。」

大量生産製品として実行可能なものを作成することは、実験室でうまく機能する材料を見つけることから始まる「大きな一歩」です。 しかし同社は、市場で魅力を発揮できるアノード材料を開発したと密かに自信を持っている。

「私たちはゲームチェンジャーだと言っているわけではありませんが、多くの大きな業界に変化をもたらすことができると考えています」とティン氏は言う。 「当社は現実的であり、新しい電池材料に取り組みたいと考えている人々に自信を与えます。これは長期的な投資とコミットメントであるためです。」

同社によれば、同社の XNO 材料は、特に長いサイクル寿命、安全な操作、さまざまな温度で動作する能力を備えているという。

−30℃の温度でもエネルギー出力の70パーセントを維持すると言われており、高温でも回復力があるため、中東などの地域では特に役立つ可能性があります。

大手メーカーは現在、エキオン・テクノロジーズの材料を使用してセルを生産しており、生産は「千トン規模」に拡大されている。

デンマーク工科大学エネルギー変換・貯蔵学部のポール・ノービー教授は、急速充電技術はすでに「多くの進歩」があり、これは「車両を実際に実用化するために重要である」と述べている。電気の"。

「ほんの数年前を振り返ってみると、自動車はおそらく 50 キロワットか 100 キロワット [kW] で充電していました。今では 150 kW で充電するのがより一般的になりました」と彼は言います。

最終的には、商業的に影響を与えるニオブ含有アノード材料が多数存在する可能性がある。 電池会社の間で関心が欠けているわけではありません。

実際、ケンブリッジのわずか数マイル北に、同じくニオブを使用した急速充電技術に取り組んでいる別の会社、ニョボルトがあります。

さらに遠いところでは、エレクトロニクス大手の東芝とパートナー2社が昨年、負極材料として酸化ニオブチタンを使用したリチウムイオン電池の開発に取り組んでいることを発表したほか、中国、イスラエル、特に米国の企業もニオブに注目している。 。

他の多くの企業が、さまざまな化学元素を利用した急速充電バッテリーを開発しています。

Echion Technologiesのニオブベースの負極材料は自動車のバッテリーに利用される可能性があるが、配送用のバン、バス、電車、さらには鉱山車両のバッテリーに使用される可能性が高いと同社は述べている。

「乗用EVは最適ではないかもしれないが、配達用バンや複数のドライバーがいて短時間の休憩を必要とするUPS用バンなどは候補に挙がる」とティン氏は言う。

「バスを 1 日 6 時間も放置するのは理想的ではないため、急速充電はバスにとって重要になります。バスを活用できるようにしたいのです。」

ノービー教授は、バスやその他の大型車両の充電速度を向上させることで、バス路線の終点で迅速に充電できる小型のバッテリーの使用が可能になり、コストと重量を節約できる可能性があると述べています。

これには、バスが中央車両基地で夜間に充電される場合に必要な充電ステーションよりも追加の充電ステーションを設置する必要が生じる可能性があるため、理想的なソリューションは「利点と欠点」のバランスによって決まります。

ティン氏は、バッテリーのサイズを縮小することで必要なバッテリー材料の量が減り、生産時の環境への影響が軽減されると述べ、急速充電技術の潜在的な利点が数多くあることを強調しています。

「急速充電をセールスポイントとするセグメントが現れることを非常に期待しています」と彼は言う。