次世代電池技術をめぐる自動車メーカー間の競争
2022年1月31日、マサチューセッツ州ウォーバーンで、電気自動車用のバッテリーを開発しているスタートアップであるFactorial Energyで、ある労働者がFactorialバッテリーセルの電圧と抵抗を測定します。(Tony Luong/The New York Times).

次世代電池技術をめぐる自動車メーカー間の競争

自動車メーカーは次世代電池技術を制するために競争している。より安く、より速く充電でき、原材料不足の影響を受けにくい電池だ。 最初にそこに着く人は誰でも大きな利点がある。

ニューヨーク・タイムズ

【著者:Jack Ewing, Eric Lipton】電気自動車(EV)の電池製造において、すでにアジアのメーカーに大きく遅れをとっている米国の自動車メーカーとそのサプライヤーは、より安価で、より多くのエネルギーを充填でき、より速く充電できる新世代の電池を開発しようと競い合っている。

数年後には、内燃機関の時代が終わり、さまざまな種類の電池を使用するEVが目まぐるしく入れ替わることになるため、自動車メーカー、小規模な電池メーカー、自動車購入者にとって、これは大きな経済効果をもたらす世界規模の競争となる。

電池の化学組成は、技術者の領域であったが、ゼネラルモーターズ、トヨタ、フォード・モーター、フォルクスワーゲンの役員室やホワイトハウスで最もホットな話題の一つとなっている。

EVがもたらす産業革命に取り残されないよう、政府からの資金・技術支援を受けて、これらの大企業は電池を作り直そうとする新興企業を受け入れているのだ。

自動車メーカーが電池技術を使いこなすかどうかで、どの企業が成功し、どの企業がテスラなどのEVビジネスに追い抜かれるかが決まるかもしれない。

電池は新車の価格を左右するものであり、自動車の特徴になる可能性もある。かつて消費者がこだわったカメラのメガピクセルやコンピューターチップの処理速度のように、電池の機能が自動車やトラックを判断し、購入する基準になる。

フォードのチーフ・プロダクト・プラットフォーム&オペレーション・オフィサーであるハウ・タイタンは、「EVの電池は、今後の新しいブランドの差別化要因になるでしょう」と、フォードの製品プラットフォームおよびオペレーション担当最高責任者であるハウ・タイタンは述べている。「だから、私たちは大きな努力をしている」。

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電池はもちろん、自動車、トラック、電力部門を石油、石炭、天然ガスから脱却させることで、気候変動との戦いにおいて中心的な役割を果たすことになる。

EVの需要が急増しているため、自動車メーカーは電池の化学的性質を徹底的に学んでいる。企業は、電池をより安く、より良いものにする方法を見つけなければならないのだ。現在、EVのコストの4分の1から3分の1は電池が占めている。そして、その電池のほとんどは、アジアの数社によって製造されている。

EVのトップメーカーであるテスラでさえ、アジアのサプライヤーに依存しており、自社での製造を増やそうとしている。

ジョー・バイデン大統領は今月、電池のサプライチェーンをもっと米国に移すよう各社を激励した。ロシアのウクライナ侵攻は、こうした取り組みの戦略的重要性を浮き彫りにした。フォルクスワーゲンは、戦闘によってウクライナ西部で製造された部品の供給が妨げられたため、ドイツにある主要なEV工場の一時的な閉鎖を余儀なくされた。

ピックアップトラック「ラム」や「ジープ」を所有するステランティスのような自動車大手は、ボストン近郊ウォバーンのオフィスパークにある従業員100人未満のファクトリアル・エナジーのような新興企業に惜しみなく資金を投入している。

ファクトリアの幹部は、自動車メーカーから大金を積まれても返事をしないが、現在の電池よりも高速充電が可能で、より多くのエネルギーを保持し、オーバーヒートしにくい電池を開発している。

ファクトリアの共同設立者であるシユ・ファンは、コーネル大学の大学院生として電池技術の実験を開始した、と語った。「最も安全な電池を届け、人々の生活を変えたい」

バイデン政権のトップは、米国が国内で生み出された電池技術をうまく活用できていないことを認め、支援したいと述べている。これらの発明の多くは、中国で巨大な産業を生み出している。

米エネルギー省は、電池を製造する企業や、電池の製造に必要な部品や重要な鉱物を供給する企業への融資を検討している。エネルギー省の集計によると、これらの電池関連プロジェクトを支援するために、合計1500万ドル以上を求める申請書がすでに10件以上保留されているという。

ピート・ブティジェッジ運輸長官は先月、革新の失敗が、かつて1960年代に廃業したスチューデベーカーの本拠地であった故郷のインディアナ州サウスベンドを傷つけたと述べた。

「イノベーションは自動車産業の過去、現在、未来の中心であり、今まさに、アメリカがEV革命をリードする機会を得て、それを目の当たりにしているのです」と述べた。

より安く、より耐久性のある電池

最も早く訪れる変化は、電池の構成要素だ。

EVに使われるリチウムイオン電池の多くは、ニッケル、マンガン、コバルトに依存している。しかし、テスラやフォードなど一部の自動車メーカーは、少なくとも一部の車両に、中国で普及しているリン酸鉄リチウムに依存する電池を採用する方向で動いている。

このLFP電池(リン酸鉄リチウムイオン電池)は、1ポンドあたりのエネルギー貯蔵量はそれほど多くないが、価格がはるかに安く、寿命も長い。

テスラはLFP電池を、走行距離の短い低価格のEVに搭載する計画だ。フォードは、フリートオーナー向けに「IonBoost Pro」ブランドで販売するトラックの一部に使用することを計画している。

「配達かもしれないし、配管工、電気技師、造園工など、決まった地域で働く人たちかもしれない」と、フォードの幹部、タイ・タンは言った。

フォードは韓国のSKイノベーションと組んで電池を製造しているが、その製造の多くを米国で行いたいと考えている、とタイ・タンは言う。「そうすれば、地政学的な問題や、物流コストなどの課題も軽減されるでしょう」。

しかし、LFP電池は完全な解決策ではあらない。この電池を使用したテスラは、1回の充電で約270マイルしか走行できない。ニッケルやコバルトの電池を使用した同様のモデルの場合、約358マイルだ。また、LFP電池は、気温が氷点下まで下がるとパワーを失い、充電に時間がかかることがある。

新しい設計と材料

フォードの新型電気ピックアップトラック「F-150」は、発売はしていないがすでに20万台の予約が入っており、同じくSKイノベーション製のエネルギー密度の高いニッケルの比率を高めた電池を採用する予定だ。

テスラは2月、クロスオーバー車「モデルY」に搭載を開始した次世代電池「4680」用のセルをすでに100万個製造したと発表している。イーロン・マスクCEOは、この電池は特徴的な蜂の巣状のデザインを採用しているため、航続距離が16%伸びると述べている。「発見するまでは難しかったが、その後はシンプルになっていくだろう」と、2020年に発言している。

GMは、ウルティウム電池セルが必要とするコバルトの量を、EVハッチバック「シボレー・ボルト」に使われているセルよりも70%少なくしていると主張している。同社は、電池にアルミニウムを追加している。GMが最近販売を開始したGMCハマーピックアップが、この電池を搭載した最初の車種となる。

GMは韓国のLG化学と共同で、オハイオ州ロードタウンに23億ドルの電池工場を建設中だ。これは、米国で建設中の少なくとも13の大型電池工場のうちの1つである。

電池はすでに自動車のブランドにとって重要なものとなりつつある。GMはLG化学との合弁会社ウルティウムセルが生産する電池の広告を掲載している。これらの電池の信頼性と安全性を確保することが必須になっているのだ。GMは最近、火災につながる可能性のある電池の欠陥を修正するために、リコールしなければならなくなった。

多くの自動車メーカーがコバルトへの依存度を下げたいと考えているのは、コバルトのほとんどがコンゴ産で、中国資本の企業や、時には子どもを雇うフリーランサーによって採掘されているためだ。

メルセデス・ベンツの研究開発担当役員であるマルクス・シェーファーは、「児童労働や職人による採掘など、人権侵害の可能性があり、それが大きな懸念材料だ」と語る。

自動車業界は、ロシアがニッケルの重要な供給国であることから、ニッケルについても懸念している。

テネシー州のオークリッジ国立研究所にいる約25人の政府科学者のチームは、これらの技術革新をさらに推し進めたいと考えている。

従来のEV用電池と、コバルトを含まない実験的な代替電池を並べてみた。科学者たちは何週間もかけて充電と放電を繰り返し、その性能を測定している。オークリッジの電池製造センターを運営するイリアス・ベルハルアックは、電池のコストを半分まで削減し、航続距離を300マイル以上伸ばし、充電時間を15分以下にすることが目標であると語る(現在の電池は、車やコンセントにもよるが、充電に30分から12時間かかるのが普通だ)。

この研究の一部は、エネルギー省が昨年末に7つの国立研究所に割り当てた2億ドルによって賄われる予定である。エネルギー省は今月、電池設計者が科学者、政府高官、業界幹部にアイデアを披露する「バーチャルピッチフェスト」を開催する予定だ。

全固体電池の探求

米国を拠点とする新興企業ファクトリアルエナジーをはじめ、ソリッドパワーやクォンタムスケープなど米国の新興企業は、電池の成分を変えるだけでなく、電池の作り方に革命を起こすことを目指している。現在の電池は、異なる部品間の電気の流れを可能にする電解液の液体に依存している。

全固体電池は電解液がないため、より軽く、より多くのエネルギーを蓄え、より速く充電することができる。また、発火の危険性も低いので、冷却装置も少なくて済みる。

ほとんどの大手自動車メーカーは、ソリッドステート技術に大きな賭けに出ている。

フォルクスワーゲンは、カリフォルニア州サンノゼに本拠を置くクォンタムスケープに資金を投入している。BMWとフォードは、コロラド州ルイビルにあるソリッドパワーに賭けている。GMは、マサチューセッツ工科大学から生まれ、ウォバーンに拠点を置くSES AIに投資している。

しかし、全固体電池がどのくらいで到着するかは明らかではない。ステランティスは、2026年までにその電池を搭載した量販車を導入したいと述べているが、他社の幹部は、この技術が広く普及するのは2030年ごろになるかもしれないと述べている。

どちらの自動車メーカーが先に全固体電池を提供するかは、非常に大きなアドバンテージになる。

ファクトリアルのホァンは、ビジネスパートナーのアレックス・ユーとともに、技術的なベンチマークを達成するために徹夜で作業することも珍しくなかったという。

上海近郊で育った彼女は、汚染された空気を吸った記憶が原動力になっているという。「当社の創業の精神は、化石燃料のない未来を目指すことです」。「私はそれを目指して生きています」。

メルセデス・ベンツや現代自動車も出資しているファクトリアルは、最終的には世界中に工場を作りたいと考えている。2階に移転したばかりの同社を考えると、これは野心的な目標である。

白衣を着た社員が、真剣な面持ちで試作セルをテストしている研究室がいくつもある。

このような熱狂的な活動にもかかわらず、自動車産業は新しい電池の需要を満たすのに苦労する可能性がある。なぜなら、世界は必要なすべての原材料、特にリチウムの採掘と加工ができないからだ、と世界中の電池メーカーと供給を追跡するベンチマーク・ミネラルズ・インテリジェンスの最高執行責任者、アンドリュー・ミラーは言う。

「今後3年間に発表されるモデルや企業がやりたいことはすべて、原材料がどこから来るのかわからないのです」とミラーは言う。

自動車メーカーは次世代バッテリー技術を制御するために競争します
賞品:より安く、より速く充電でき、原材料不足の影響を受けにくいバッテリー。 最初にそこに着く人は誰でも大きな利点があります。Original Article: Carmakers Race to Control Next-Generation Battery Technology . © 2022 The New York Times Company.