電気自動車: さまざまなバッテリー技術 (ナトリウム、固体、LFP、NMC、NCA など) とその利点を示します。

明らかに、すべての電気自動車のバッテリーが同じように作られているわけではありません。多かれ少なかれ自律性をもたらすために異なるエネルギー密度、またはすべてのメーカー間で同じではない化学的性質の間で、さまざまな既存のテクノロジーを調べてみましょう。

電気自動車の中心となるのは間違いなくバッテリーです。後者は車両を前進させるだけでなく、明らかに充電も可能にします。しかし、ルノーゾーイそして1つテスラモデルS、バッテリーレベルには多くの違いがあります。

このファイルでは、現在使用されているさまざまな化学物質や技術について詳しく説明し、将来的に計画されているものについても見ていきます。 NMC、LFP、ナトリウムイオン電池、さらには全固体電池という用語がよくわからない場合でも、私たちがすべて説明します。

電気自動車にリチウムイオン電池が搭載されて以来、最も人気のある 2 つの化学反応はそれぞれ次のとおりです。ニッケル・マンガン・コバルト (NMC) とニッケル・コバルト・アルミニウム (NCA)。その名の通り、彼らはコバルトを使用しています彼らの構成では。

特にコバルトは、電池の容量を決定する部分であるカソードの基材として機能します。カソードにコバルトを使用することの大きな利点は 2 つあります。エネルギー密度が優れている(つまり、バッテリー 1 キログラムあたりに蓄えられるキロワット時数が大きくなります)、およびバッテリー管理システム (BMS) は、充電残量レベルをより正確に把握します。。

NMC および NCA バッテリーには、非常に優れた高温放電容量、これが、スポーティなプロファイルを持つ電気自動車に使用される傾向がある理由です。これは特に最後の場合に当てはまりますテスラモデル S チェック柄、またはテスラモデル Y のパフォーマンス。

バッテリーシステムの解体。

しかし、カソードに存在するコバルトはいくつかの議論を引き起こします。、経済的にも倫理的にも。実際、これは主にコンゴで採掘される鉱物であり、過去には、悲惨な労働条件を理由に特定の違法採掘作業が摘発されてきた。私たちもいくつかの答えを提供しようとしましたコバルトの利用と電気自動車の「クリーン」な側面について専用ファイルで解説。

また、コスト面でも、コバルトの採掘は他の鉱物よりもはるかに高価です。たとえば、コバルトはニッケルの約 2 倍、アルミニウムの 15 倍、マンガンの最大 1,000 倍高価です。倫理的および財務上のこれらの理由により、メーカーは、コバルトの使用量を減らすかまったく使用しない、NMC および NCA 電池の代替品を開発することで、リチウムイオン電池にコバルトを使用しないで済む傾向にあります。

例えば、一部のメーカーは、コバルトを使用しないリン酸鉄リチウム (LiFePO4) をベースとした活性正極を使用しています。、これは以下で戻ります。

リン酸鉄リチウム: コストの最適化、いくつかの利点と欠点

倫理的理由であろうと経済的理由であろうと、コバルトの使用を制限することは、電池分野の大手企業が定期的に採用している戦略である。コバルトを完全に無視した近年最も人気のある化学は、リン酸鉄リチウム電池 (LFP、または LiFePO4)、そのアクティブカソードはNMCおよびNCAバッテリーとは大きく異なります。

MG4のバッテリー

通常、バッテリーのコストがメーカーの電気自動車の総コストのほぼ半分に相当する場合、LFP バッテリーを使用することは理にかなっています。実際には、次のように推定されていますLFP バッテリーを使用するメーカーでは、キロワット時あたりのコストが約 30 ～ 40% 削減されます。私たちが信じるのであれば、NMC や NCA ではなくフォードの発言。

したがって、1 台で約 60kWh のバッテリーを使用すると、テスラモデル Y の推進力またはMG4、目標が手頃な価格で車両を提供することである場合、LFPバッテリーを使用することがほぼ必要になります。しかし、このテクノロジーの欠点は何でしょうか?

LFPバッテリーのデメリット

初めに、エネルギー密度はコバルトを使用した電池ほど重要ではありません。。たとえば、テスラモデル 3、推進バージョンのバッテリーは 60 kWh LFP ですが、ロングオートノミーバージョンのバッテリーは 79 kWh NCA です。LFP バッテリーには NCA バッテリーのエネルギーの 75% しか含まれていませんが、車両全体の重量はわずか 5% 軽いだけです。

同等のエネルギーで考えると、LFP バッテリーの方が重いため、パフォーマンスは必然的に影響を受けます。このため、ほとんどのメーカーは、LFP バッテリーを入手可能な場合はエントリーレベルのモデル用に、または加速記録を更新することを目的としていない車両用に予約しています。

LFP バッテリーの寒冷地性能ははるかに低いため、極寒の気候に住んでいる電気自動車ユーザーは、NMC や NCA バッテリーと比べて LFP バッテリーに満足するのが難しいでしょう。世界的には、「LFPは寒さが嫌い」という格言は非常に現実的です、現在使用中かどうかに関係なく、急速充電フォードが示したように。さらにそれはLFPバッテリーを使用するテスラの強みの1つ: 目的地が急速充電器の場合、バッテリーの予熱は自動的に行われます。これは必須です。

LFPバッテリーの利点は何ですか?

NMC バッテリーと NCA バッテリーが性能とエネルギー密度の点で勝ったとしても、LFP バッテリーにはメーカーと最終顧客にとって依然としていくつかの利点があります。確かに、バッテリーの寿命LFPの方がはるかに重要です研究によると、NMC および NCA バッテリーよりもLFP セルの放電サイクル数は、動作しなくなるまでの NMC または NCA セルの約 4 倍です。。

メーカーが以下の保証を提供する場合時には8年と100万キロメートルバッテリーの場合、LFP セルを使用すると、バッテリーの持続性が大幅に向上するため、この期間中の保証範囲が長くなりすぎることがなくなります。LFP バッテリーはコバルトを使用したバッテリーよりも安全です、火災の危険性がはるかに低くなります。

最後に、NMC および NCA バッテリーには、ほとんどの場合、1 日あたりの充電制限が最大 90% に制限されている必要があります。LFP バッテリーは 100% まで再充電可能、または再充電する必要があります。最終顧客にとって、全範囲を使用したい場合に備えて、車両を毎日 100% 充電できることは興味深いことです。しかし、主な関心は、セルの容量を正確に測定する必要があるバッテリー管理システムです。コバルトが含まれていないカソードの場合、正確な情報を得るには、バッテリー 100% で頻繁に測定する必要があります。

最後に、マンガンを組み込んだLFPバッテリーの進化版が人気を集めていることに注意してください。これらはLMFPまたはLFMP電池であり、マンガンは比較的安価であるため、低コストでLFP電池のエネルギー密度を向上させることができます。

NMC、NCA、LFP バッテリーが今日のほぼすべての電気自動車を代表するものであるとすれば、2023 年に自動車に搭載される固体電池、半固体電池、ナトリウム電池などの新しいリチウムイオン電池技術が現在研究されています。

固体および半固体電池

全固体電池は、リチウムイオン電池の世界における大きな技術進歩であり、最近、完全なファイルを作成しましたこれがメーカーに何を可能にするかについて。固体または半固体電池の原理は次のとおりです。従来のリチウムイオン電池とは異なり、電解液はなく、固体の無機化合物が電解液を置き換えます。液体を加熱するときにイオンが陽極から陰極に移動しなくなるため、火災の可能性が大幅に制限されます。

それで、全固体電池は、これまで使用されていたリチウムイオン電池に比べて安全性が大幅に向上しています。。このセキュリティの強化によってもたらされる利点は、エネルギー密度の向上です。実際、火災の危険を防ぐために液体リチウムイオン電池の管理システムに存在する多くの装置は、固体電池では役に立たなくなり、電池パック内のかなりのスペースが解放されます。

Solid Power バッテリーセル // 出典: Solid Power

場合によっては数千個のセルがあり、各セルには火災の危険を防ぐために特別に製造されたコンポーネントがあり、このすべてのスペースを解放することで、液体リチウムイオン電池の航続距離を容易に超える固体電池を搭載した車両。

現在の全固体電池が将来の電気自動車に最適であると私たちが想像しているものであるとすれば、それらはまだ製造コストが比較的高く、開発段階にあるため、現時点では量産車での使用は制限されています。

一部のメーカーは半固体電池に注目している、その電解質は常に液体ですが、バインダーを使用しないため、より優れたエネルギー密度を提供することが可能になります。特に、すでに半固体電池を使用している中国のメーカー Nio を挙げることができます。ET7 は 150 kWh のバッテリーを搭載。

革命的ではありますが、固体および半固体電池は常に議論の対象となる元素、リチウムを使用します。。しかし、メーカーが電気自動車の 2 つの最大の利点、コストと環境への影響を強調できる代替手段が存在することがわかります。

リチウムの代替品：ナトリウム

上記のすべてのバッテリー技術には、リチウムの使用という共通点があります。リチウムは通常、大量に（バッテリーパックあたり数キログラム）存在するため、依然としてこの分野の大手の間で議論の的となっている元素である。確かに、リチウムは主にオーストラリアとチリで採取されます（世界生産量の約70％）電池製造工場からは程遠い。

したがって、抽出したリチウムを数千キロメートル離れたところに輸送する必要があり、電気自動車のバッテリーの二酸化炭素排出量が大幅に増加します。さらに、リチウムの採掘条件は環境に悪影響を与える可能性があります鉱業に必要な水の供給のため閉鎖されています。

チリのアタカマ鉱床は、世界最大のリチウム供給源の 1 つです // 出典: À Contresens

地球上でより一般的な要素により、業界は次のことを可能にする可能性があります。リチウム、ナトリウムへの依存から抜け出す。確かに、ナトリウムイオン電池が登場し始めているであり、その動作はリチウムイオン電池とほとんど変わりません。カソードとアノードの化学組成には常に異なる金属（アルミニウム、マンガンなど）が使用され、リチウムの代わりにナトリウムも含まれます。

メーカーにとってのナトリウムイオン電池の主な利点は財務面です。、地球上に豊富なナトリウムがあることを考えると、開発は非常に安価です。推定では、ナトリウムはリチウムの 300 倍から 1,000 倍豊富に存在し、ナトリウムはさまざまな形態 (海水中、または塩化ナトリウムの形態) で存在します。

たとえナトリウムイオン電池は他の種類の電池よりもエネルギー密度が低いため、市場に出始めています。。現在、中国では2台の電気自動車にナトリウム電池が組み込まれている。それは約ですルノー傘下のメーカーが設計した電気自動車、だけでなく、フォルクスワーゲンと共同開発した中国車。

現在、リチウムイオン電池はナトリウムイオン電池の最大 2 倍の密度を備えていますが、この密度はさらに向上すると予想されています。現時点では、ナトリウムは革新的な航続距離を発表していない小型電気自動車用に確保されています。

最高の電気自動車バッテリーは何ですか?

テクノロジー	利点	短所
NMCまたはNCA	電力、充電速度、エネルギー密度	安全のため、頻繁な 100% 充電は推奨されません
LFP	寿命、安全性、100%充電、コスト	寒さに弱く、重く、力が弱い
固体または半固体	セキュリティ、自律性	料金
ナトリウムイオン	コスト、環境への影響	エネルギー密度