研究者や企業が固体電池の開発を進め、より安全で長距離走行可能で高速充電の電気自動車を約束する。プロトタイプは2027年までに車両に登場する可能性があり、2030年を商業化目標とする。超イオン導電材料のブレークスルーにもかかわらず、製造課題が主な障害だ。
固体電池は、電気自動車（EV）の次世代技術を表し、引火性の液体電解質を固体電解質に置き換えることで、現行のリチウムイオン電池よりも軽量でコンパクト、安全なものとして設計されている。これらの電池は、EVが1回の充電で400〜600マイルを走行し、数分で再充電できるようにし、現在半時間以上かかる航続距離不安と充電時間を解決する可能性がある。
固体電池の実現可能性は世界中の研究所で実証されているが、許容可能なコストでの生産拡大が主な課題だ。「業界のロードマップを見ると、2027年までに車両での実際の固体電池プロトタイプ実証を試み、2030年までに大規模商業化を目指すと言っている」と、ワシントン大学の材料科学者、Jun Liu氏は語る。
過去20年で発見された超イオン導電材料のブレークスルーは、リチウムイオンを液体電解質と同等かそれ以上に速く導電させる。これらの材料は高いエネルギー密度を可能にし、リチウムイオン電池のグラファイトアノードよりも1グラムあたり10倍のエネルギーを蓄えるリチウムメタルアノードの使用を可能にする。このようなアノードは、液体ベースのシステムで短絡や火災を引き起こすデンドライト形成の問題を避ける。
30年間最適化されたリチウムイオン電池は、2025年4月現在、1キロワット時あたり115ドルで、1991年の7,500ドルから低下し、2030年には80ドルになると予測される。今日のほとんどのEVを駆動し、販売車両100,000台あたりの火災率は約25で、ガソリン車の1,500に比べてはるかに低い。しかし、充電速度とエネルギー密度のパフォーマンスが停滞しており、固体技術の機会を生んでいる。
固体開発への投資は世界的に数十億ドルに達し、トヨタ、フォルクスワーゲン、QuantumScapeなどのスタートアップとの提携がある。湿度に敏感で破裂時に潜在的に有毒な硫化物電解質は、既存の製造ラインへの統合の初期候補だ。酸化物代替品は安定性を提供するが、脆性により特殊な取り扱いが必要。
「すべての自動車会社が固体電池を未来だと述べている」と、メリーランド大学のEric Wachsman氏は指摘する。初期採用は、EV、ドローン、電動航空などの高性能アプリケーションを対象とし、高いエネルギー、電力、安全性が重要だ。中国がリチウムイオン生産の70%を支配しており、固体電池は他の国々にとって戦略的な機会となる。