電気自動車はここ5年ほどで大幅に人気が高まったかもしれませんが、航続距離の制限や充電速度の遅さなど、依然としていくつかの課題を抱えています。これらの問題により、多くの購入者がEVが自分に合っているかどうか確信が持てません。しかし、EVのバッテリーに関するあらゆる問題を解決する救世主として注目されている技術が1つあります。それが全固体電池です。
この技術は長らく大きな期待を集めてきたため、現時点ではまるで神話のようで、現実世界で実際に目にすることは決してないかもしれないとさえ思われています。では、固体電池の現状はどうなっているのでしょうか？そして、実際に実用化され、その恩恵を享受できるようになるまで、どれくらい時間がかかるのでしょうか？その詳細をご紹介します。
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固体電池とは何ですか?
そもそも全固体電池とは何でしょうか？全固体電池は従来の電池設計の基本を踏襲しており、陽極と陰極、そしてその間に多孔質のセパレーター、そして電子が一方から他方へ流れるための物質で構成されています。これにより回路が形成されます。従来の電池は内部に液体の電解液が充填されているのに対し、全固体電池では陽極と陰極の間のセパレーターが電解質そのものになっています。
その結果、バッテリーのエネルギー密度が大幅に向上し、メーカーは同じサイズのパッケージにより多くのエネルギーを詰め込んだり、同等のエネルギーレベルでありながらはるかに小型のバッテリーを製造したりすることが可能になります。もう一つの大きな利点は、全固体電池は充電速度がはるかに速いことです。EVの場合、充電器自体が十分な電力を供給できれば、充電ステーションで長時間待つ必要がなくなります。
全固体電池技術は必ずしも新しいものではありませんが、これまで製造が非常に難しく、導入コストも非常に高かったため、全固体電池の普及を阻んできました。そこでイノベーションが生まれます。メーカー各社は、全固体電池の製造コストを削減し、より広範囲に普及させる取り組みを進めています。
「現状では、固体電解質の製造方法とセルへの加圧方法に関連する製造コストの高さが欠点として挙げられます」と、カーネギーメロン大学機械工学准教授のリージャ・ジャヤン博士は述べています。「さらに、固体電解質はリチウムイオン伝導性があまり良くないため、全体的な容量、耐久性、安定性が低下します。研究開発を行えば、これらの懸念はすぐに解決されるでしょう。」
それほど遠くない未来
しかし、これらの新しいイノベーションについては何年も前から耳にしているものの、EVではまだ目にしていません。では、固体電池を搭載した電気自動車の登場まで、どれくらい時間がかかるのでしょうか？ まあ、まだすぐそこまで来ているわけではありませんが、あと数年待てば実現するかもしれません。
「ほぼすべての自動車メーカーが、社内研究、戦略的提携、固体電池企業への直接投資など、様々な戦略を駆使して、固体電池の開発競争に積極的に参加しています」と、コックス・オートモーティブの業界インサイトディレクター、ステファニー・バルデス・ストレアティ氏は述べています。「しかし、固体電池の実用化にはまだ数年かかるでしょう。今後の取り組みと進捗状況次第では、2020年代末には実用化が始まるかもしれません。業界関係者の間では、固体電池は2030年までに市場に投入されるというのが一般的な見解です。」
その多くは競争に帰結するようです。トヨタは昨年、固体電池に関してかなり大きな発表を行いましたが、BMW、メルセデス・ベンツといった他のメーカーもこの技術に関する発表を行っています。それだけでなく、トヨタは日産自動車、パナソニックと提携し、日本国内における固体電池の生産増強を目指しています。これは、中国と韓国が優勢を占める電池市場において、日本企業の競争力維持を図る狙いです。まさに、競争が始まったと言えるでしょう。
しかし、固体電池が消費者にとって実用的になるまでには、解決すべき問題がまだいくつかある。
高い期待
しかし、この誇大宣伝はどうでしょうか？航続距離が1,000マイルに迫るEVが登場する可能性は本当にあるのでしょうか？まあ、それはまだ分かりません。
一部の企業は依然としてEVの航続距離の大幅な向上を主張しており、トヨタは1回の充電で約900マイルのEV航続距離を実現できると予測しています。しかし、これは非常に高い数値であり、おそらく製造コストが非常に高い大型バッテリーを搭載することになるでしょう。ジャヤン氏によると、最終的にはメルセデス・ベンツのような高級車にこの新しいバッテリー技術が初めて搭載されることになるだろうとのことです。
「時間が経てば価格は下がるでしょう」と彼女は言う。
実際、メルセデスは固体電池技術で大きな進歩を遂げており、最近では次世代車両に航続距離を「最大80%」延長できる固体電池を搭載すると発表しました。これは、ヒュンダイやステランティスからも投資を受けているバッテリー技術企業ファクトリアルへの投資を通じて実現しました。
ファクタリアルは、次世代EVの航続距離を600マイル（約960km）以上伸ばしつつ、重量を40%削減することを目標としている。軽量化は航続距離の延長だけでなく、タイヤの摩耗を軽減し、EVの道路での走行性能を向上させる。
さらに、固体電池技術には安全上の利点もあります。
「これらのバッテリーは固体電解質を使用しており、一般的に不燃性で高温でも安定しているため、火災や化学物質の漏洩のリスクが軽減されます」とバルデス・ストレアティ氏は述べた。
次世代
簡単に言えば、我々はついに、固体電池を搭載した一般消費者向け自動車の転換点に到達したのかもしれない。
専門家も同意しているようです。これらのバッテリーは実用化に非常に近づいていますが、まだ高価であるため、まずは高額な高級車に搭載されるでしょう。しかし、実際に市場に投入されるだけでも製造コストの削減につながります。Factorialのような企業がこれらのバッテリーを製造すればするほど、製造技術が向上し、コストが削減され、より安価な車両にも全固体電池を利用できるようになります。
今後10年にかけて、極めて長い航続距離を誇る高級車が登場する可能性は高まっているようです。しかし同時に、より安価なEVにも固体電池技術が採用される可能性も残されています。それも、現在走行中のEVと同等の航続距離を実現する、より小型の固体電池という形で。
ジャヤン氏によると、「固体電池は、ガソリン車からの脱却を目指す消費者のあらゆるニーズにも対応する、安全で手頃な価格の長距離電気自動車の実現に向けた有望な道筋を示しています。」
