エネルギー保存システム

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1 エネルギー 保 存 システム Stepwest Corp Issue Date: February 2014

2 エネルギー 保 存 システム 2 目 次 1. エグゼクティブサマリー はじめに エネルギーとエネルギー 貯 蔵 アプリケーション 別 のエネルギー 貯 蔵 の 概 要 定 置 用 エネルギー 貯 蔵 ( 発 電 所 と 送 配 電 網 向 け) 運 輸 向 けエネルギー 貯 蔵 モバイル 機 器 向 けエネルギー 貯 蔵 稼 働 中 の 各 種 のエネルギー 貯 蔵 方 式 について 各 方 式 の 概 略 と 比 較 電 気 化 学 的 貯 蔵 ( 二 次 電 池 ) 二 次 電 池 の 概 略 二 次 電 池 の 各 方 式 の 比 較 リチウムイオン 二 次 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 の 一 般 的 特 徴 リチウムイオン 二 次 電 池 の 動 作 原 理 について リチウムイオン 二 次 電 池 の 各 部 材 について コバルト 系 リチウムイオン 二 次 電 池 マンガン 酸 リチウムイオン 二 次 電 池 リン 酸 鉄 リチウムイオン 二 次 電 池 (LFP) 元 系 リチウムイオン 二 次 電 池 チタン 酸 リチウムイオン 二 次 電 池 (LTO) リチウムイオンポリマー 二 次 電 池 ニッケル 水 素 二 次 電 池 鉛 蓄 電 池 フロー 電 池 アルカリ 金 属 硫 黄 電 池 ナトリウム 硫 黄 (NaS) 電 池 化 学 的 エネルギー 貯 蔵 水 素 を 用 いたエネルギー 貯 蔵 電 気 的 エネルギー 貯 蔵 (キャパシタ) 電 気 二 重 層 キャパシタ リチウムイオンキャパシタ 力 学 的 エネルギー 貯 蔵 揚 水 発 電 圧 縮 空 気 エネルギー 貯 蔵 (CAES) フライホイール スキーリフト 方 式 のエネルギー 貯 蔵 熱 的 エネルギー 貯 蔵... 72

3 エネルギー 保 存 システム 3 4. 次 世 代 二 次 電 池 (2020 年 量 産 ターゲット) 次 世 代 リチウムイオン 二 次 電 池 次 世 代 向 け 負 極 材 料 シリコンやスズの 合 金 を 負 極 材 料 に 使 う 方 法 カーボン 系 を 継 続 して 負 極 材 料 に 使 う 方 法 次 世 代 向 け 正 極 材 料 固 溶 体 系 リン 酸 塩 系 フッ 化 リン 酸 塩 系 三 元 系 +リン 酸 鉄 リチウムオン 二 次 電 池 全 固 体 電 池 バルク 型 全 固 体 電 池 薄 膜 型 全 固 体 電 池 超 伝 導 磁 気 エネルギー 貯 蔵 (SMES) 革 新 二 次 電 池 (2030 年 量 産 ターゲット) 金 属 空 気 電 池 ナトリウムイオン 電 池 リチウム 硫 黄 (Li-S)フロー 電 池 リチウム 硫 黄 (Li-S) 電 池 ナノワイヤー 電 池 (シリコン 負 極 ) 多 価 カチオン 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 の 安 全 性 と 対 策 リチウムイオン 二 次 電 池 が 不 安 定 な 理 由 安 全 対 策 の 概 要 バッテリー 管 理 システム 各 部 材 と 安 全 性 正 極 材 料 と 安 全 性 負 極 材 料 と 安 全 性 セパレーター 材 料 と 安 全 性 電 池 の 安 全 規 格 エネルギー 貯 蔵 システムのマーケット 二 次 電 池 マーケットの 動 向 各 アプリケーションの 特 徴 各 マーケットの 特 徴 地 域 別 のバッテリーメーカー 売 り 上 げ 占 有 率 動 向 各 二 次 電 池 の 主 なプレイヤー 自 動 車 用 マーケットの 動 向 自 動 車 用 マーケットの 概 要

4 エネルギー 保 存 システム 自 動 車 メーカーとバッテリメーカーの 相 関 図 自 動 車 用 二 次 電 池 の 概 略 と 必 要 とされる 性 能 コスト 安 全 性 他 各 電 気 自 動 車 メーカーが 用 いているバッテリーの 種 類 主 な 自 動 車 向 け 二 次 電 池 製 造 メーカー 自 動 車 向 け 二 次 電 池 のトピックス- テスラの 動 向 定 置 用 マーケットの 動 向 定 置 用 マーケットの 概 要 定 置 用 の 各 セグメントの 動 向 携 帯 デバイス 用 マーケットの 動 向 携 帯 デバイス 用 マーケットの 概 要 携 帯 デバイス 向 けの 今 後 の 動 向 予 想 エネルギー 貯 蔵 システムへの 政 策 状 況 政 策 支 援 の 目 的 北 米 (アメリカ)の 政 策 補 助 金 について 米 国 の 連 邦 レベルと 州 レベルの 政 策 補 助 金 等 の 内 容 米 国 に 於 けるエネルギー 貯 蔵 関 連 研 究 への 主 要 な 補 助 金 FERC Order 719/745(ディマンドレスポンスとアンシラリーサービス)につい て 加 州 に 於 ける 電 力 会 社 への 蓄 電 の 義 務 化 について 添 付 資 料 -A 量 産 出 荷 中 のメーカー GS ユアサ 系 列 GS ユアサ リチウムエナジージャパン(LEJ) ブルーエナジー パナソニック 系 列 プライムアース EV エナジー 株 式 会 社 パナソニック/エナジー 社 ( 旧 松 下 電 池 工 業 ) 科 力 美 ( 中 国 ) 汽 車 動 力 電 池 NEC 系 列 オートモーティブエナジーサプライ(AESC) NEC エナジーデバイス 株 式 会 社 NEC 株 式 会 社 日 立 系 列 日 立 製 作 所 日 立 オートモティブシステムズ 日 立 ビークルエナジー 新 神 戸 電 機 株 式 会 社 三 菱 重 工

5 エネルギー 保 存 システム 東 芝 住 友 電 気 工 業 TDK/ 香 港 アンプレックステクノロジー(ATL) JM エナジー 株 式 会 社 エリーパワー 株 式 会 社 古 河 電 池 株 式 会 社 ソニー 株 式 会 社 FDK 株 式 会 社 日 本 ケミコン 伊 藤 忠 商 事 宇 部 興 産 住 友 金 属 鉱 山 韓 国 のメーカー 韓 国 LG Chem 社 (LG 化 学 ) 韓 国 Samsung SDI 社 韓 国 Samsung SDI 社 中 国 のメーカー BYD 社 ( 比 亜 迪 ) 中 国 天 津 力 神 電 池 Tianjin Lishen 社 米 国 Johnson Controls 社 Viridity Energy 社 A123 System 社 添 付 資 料 -B : 米 国 に 於 けるバッテリー 関 連 ベンチャー 企 業 Ambri: ( 旧 社 名 :Liquid Metal Battery) Aquion Energy Amprius ActaCell Atieva Alveo Energy Imergy Power Systems, Inc. ( 旧 社 名 :Deeya Energy) EnerVault Eos Energy Storage GELI: (Growing Energy Lab Inc.) Imprint Energy Leyden Energy Pellion Technologies, Inc Prieto Battery Primus Power

6 エネルギー 保 存 システム QuantumScape SolidEnergy Sila Nanotechnologies Sion Power Seeo Sakti Solid Power, LLC M Technologies 添 付 資 料 -C : ARPA-E 蓄 電 関 連 補 助 金 Advanced Management and Protection of Energy-storage Devices (AMPED) ARPA-E FUNDS REVOLUTIONARY STORAGE APPROACHES (RANGE) ARPA-E Second Open Call for Innovative Energy Technology Solutions 添 付 資 料 -D : エネルギー 保 存 ( 蓄 電 ) 関 連 の 用 語 集

7 エネルギー 保 存 システム 7 1. エグゼクティブサマリー 我 々が 生 活 し 産 業 活 動 を 行 う 上 で 天 然 ガス 石 炭 石 油 自 然 エネルギー 等 の 一 次 エネルギ ーは 無 くてはならないものである また これらの 一 次 エネルギーを 用 いて 発 電 される 電 力 は エネルギーの 形 態 としては 極 めて 柔 軟 であり 幅 広 い 用 途 で 使 われている これらのエネルギーや 電 力 の 貯 蔵 は 再 生 可 能 エネルギー 発 電 の 拡 大 や 電 気 自 動 車 の 拡 大 に 伴 って その 用 途 と 規 模 が 急 激 に 拡 大 し 世 界 的 にニーズが 大 きくなっている 本 レポートでは エネルギーや 電 力 の 貯 蔵 技 術 の 動 向 マーケット 政 策 大 小 のプレイヤーに ついて 記 述 する エネルギー 貯 蔵 技 術 の 進 化 と 現 在 の 状 況 現 代 社 会 で 一 番 需 要 の 多 いエネルギー 貯 蔵 は 電 力 の 貯 蔵 ( 以 下 蓄 電 ) である 蓄 電 には 電 気 化 学 エネルギーを 用 いる 二 次 電 池 力 学 的 エネルギーを 用 いる 揚 水 発 電 や フライホイール 電 気 エネルギーを 用 いる キャパシター 等 が 実 用 化 されてい る それぞれの 蓄 電 方 式 は 長 所 短 所 があり 用 途 と 目 標 によって 使 い 分 けられているが 今 後 とも 各 種 の 方 式 が 共 存 すると 思 われる 各 種 の 蓄 電 装 置 のう ち エネルギー 密 度 ( 容 量 密 度 ) が 他 の 蓄 電 装 置 よりも 数 倍 高 い リチウムイオ ン 二 次 電 池 が 2013 年 の 出 荷 ベースで 45% を 占 め( 揚 水 発 電 を 除 く) 今 後 とも 色 々 なマーケット で 使 用 が 拡 大 すると 思 われ る リチウムイオン 二 次 電 池 が 1991 年 に 始 めて 実 用 化 されて から 2014 年 で 23 年 になるが エネルギ 図 1-1 二 次 電 池 の 進 化 ー 密 度 が 当 初 の 3 倍 (18650 セルのエネルギー 密 度 の 伸 び) 以 上 (18650 セルで 1991 年 : 88Wh/Kg 2013 年 : 230Wh/Kg)になるなど 電 池 特 性 の 改 良 は 精 力 的 に 進 められて いるが 更 なる 性 能 と 安 全 性 の 向 上 が 望 まれている リチウムイオン 二 次 電 池 が 実 用 化 されてからの 20 年 間 は モバイル 機 器 向 けの 利 用 が 多 く 多 くは コバルトとリチウムの 化 合 物 を 正 極 に 炭 素 (グラファイト= 黒 鉛 ) を 負 極 に 使 われてきた

8 エネルギー 保 存 システム 8 しかし この 組 合 せは 安 全 性 入 手 性 等 の 問 題 (*)があり 現 在 ではコバルトを 使 わない 改 良 型 が 主 流 となりつつある (*:コバルトはレアメタルであり 大 量 に 使 用 するには 価 格 面 や 供 給 面 でリスクが 大 きい またコバルトは 高 温 時 の 安 定 性 に 問 題 がある ) これらの 改 良 型 は 正 極 材 料 負 極 材 料 電 解 質 セパレーター 等 を 改 良 したもので あり 既 に 各 社 で 量 産 販 売 されている リチウムイオン 二 次 電 池 は 現 在 量 産 されている 二 次 電 池 の 中 では エネルギー 密 度 が 高 いという 利 点 はあるものの 容 量 =ワット 時 (Wh) あたりの 価 格 が 高 く 大 型 化 が 難 しい そのため 容 積 や 重 量 に 制 約 が 少 ない 即 ちエネルギー 密 度 が 大 事 でない 定 置 向 けマーケ ット 向 けとしては レドックスフロー 電 池 ナトリウム- 硫 黄 (NaS) 電 池 等 の 新 しい 方 式 が 実 用 化 されはじめている 次 世 代 リチウムイオン 二 次 電 池 これらの 改 良 型 リチウムイオン 二 次 電 池 を 更 に 進 化 させた 次 世 代 リチウムイオン 二 次 電 池 の 開 発 が 2020 年 頃 の 量 産 化 を 目 指 して 活 発 に 行 われている 次 世 代 のエネルギー 密 度 の 目 標 は 300Wh 400Wh/Kg(18650 セル)である これらの 次 世 代 では 正 極 に 固 溶 体 系 材 料 や 5V 系 の 素 材 を 用 いる 負 極 にシリコンや スズ 系 の 合 金 を 用 いる 電 解 質 を 固 体 化 する 等 で 電 池 容 量 の 拡 大 と 安 全 性 の 両 立 を 図 ろ うとしている 革 新 型 二 次 電 池 について 現 行 や 改 良 型 次 世 代 型 のリチウムイオン 二 次 電 池 の 性 能 を 大 幅 に 向 上 させる 事 を 狙 った 革 新 型 ( 次 々 世 代 ) 二 次 電 池 には 様 々な 種 類 があり 各 国 の 各 研 究 機 関 やベンチャー 企 業 で 研 究 開 発 試 作 が 進 んでいる 革 新 型 のエネルギー 密 度 の 目 標 は 500Wh 1,000Wh/Kg(18650 セル)である リチウムそのものがレアアースであり 供 給 に 不 安 があるため レアアースをまったく 使 わ ない 高 性 能 で 革 新 的 なデバイスが 望 まれる 革 新 型 二 次 電 池 の 候 補 として 2030 年 頃 の 量 産 を 期 待 されているものは ナトリウム イオン 電 池 全 固 体 電 池 金 属 空 気 電 池 等 である 但 し 安 全 性 寿 命 製 造 方 法 等 の 課 題 が 多 く 大 規 模 な 量 産 化 にはまだ 年 程 度 の 期 間 が 必 要 と 思 われる 今 後 の 予 想 される 動 向 これらの 二 次 電 池 の 流 れを 見 ると 2020 年 頃 まではエネルギー 密 度 300Wh/Kg を 目 標 とす る 現 行 の 改 良 型 リチウムイオン 二 次 電 池 が 2020 年 以 降 は 400Wh/Kg を 目 標 とする 次 世 代 が 主 体 の 時 代 と 思 われる 2030 年 に 向 かう 中 ではより 高 性 能 (500Wh/kg )で 安 価 な 革 新 型 ( 次 々 世 代 ) 二 次 電 池 が 開 発 安 全 性 確 認 量 産 準 備 を 終 え 本 格 的 に 市 場 導 入 されると 予 想 される (エネル ギー 密 度 はいずれも セルにおける 予 想 数 値 である バッテリーパックとした 場 合 は 10% 20% 程 度 下 がる ) エネルギー 貯 蔵 のマーケットについて エネルギー( 電 力 )の 貯 蔵 の 主 な 用 途 は (1) 持 ち 運 び(モバイル) 機 器 向 け(2) 輸 送 機 器 ( 自 動 車 ) 向 け(3) 定 置 向 けという 3つのマーケット 向 けであり ここ 20 年 間 のエネ ルギー 貯 蔵 技 術 とニーズの 進 展 に 伴 い 急 速 に 拡 大 している

9 エネルギー 保 存 システム 9 世 界 市 場 は 2012 年 度 で 3.3 兆 円 程 度 であり 2020 年 に 9.5 兆 円 まで 成 長 することが 見 込 まれている 1 成 長 率 は 年 平 均 8.9% 程 度 と 非 常 に 堅 調 であり 中 でも 45%のシェアを 獲 得 し ているリチウムイオン 二 次 電 池 は 現 在 携 帯 デバイス 用 に 多 く 使 用 されている 他 今 後 は 電 気 自 動 車 や 定 置 用 等 用 途 での 使 用 も 大 きく 期 待 されていることから 2020 年 度 までの 成 長 率 は 12.9%と 特 に 好 調 な 伸 びが 予 想 されている モバイル 機 器 向 けの 小 型 リチウムイオン 電 池 の 市 場 は 2012 年 度 で 1.4 兆 円 であり 技 術 が 一 定 レベル 確 立 されていることもあり 今 後 は 年 10.2% 程 度 で 成 長 すると 予 想 されている 近 年 中 国 や 韓 国 などの 新 興 国 メーカーの 参 入 が 顕 著 であり 市 場 競 争 が 非 常 に 激 しくなっ ている 一 方 大 型 リチウムイオン 電 池 の 市 場 に 関 しては 2012 年 度 はまだ 3,100 億 円 程 度 である が 開 発 余 地 がかなり 大 きいことから 今 後 年 21.3%の 非 常 に 高 い 割 合 で 成 長 が 見 込 まれて いる 特 に 今 後 電 気 自 動 車 市 場 拡 大 に 伴 う 需 要 が 期 待 される 自 動 車 用 二 次 電 池 や 大 規 模 な 導 入 が 見 込 まれる 定 置 用 二 次 電 池 においては 今 後 めざましい 市 場 拡 大 が 期 待 される エネルギー 貯 蔵 システムの 主 なプレイヤーについて リチウムイオン 電 池 が 市 場 に 投 入 されてまもない 2000 年 の 地 域 別 市 場 シェアは 日 本 が 94% 韓 国 が 3%と リチウムイオン 電 池 の 開 発 を 進 めてきた 日 本 が 圧 倒 的 なシェアを 誇 っ ていた しかしながら 技 術 の 確 立 とともに サムソンSDIなど 韓 国 メーカーが 台 頭 をはじめ 2005 年 度 には 日 本 はシェアを 72%にまで 落 とし 2010 年 度 には 日 本 が 42% 韓 国 が 39%と 市 場 をほぼわけあう 結 果 となった また 中 国 等 新 興 国 の 台 頭 もみられるようになってきており 今 後 はいかに 品 質 を 維 持 しつ つコスト 削 減 ができるか という 点 がシェア 獲 得 の 大 きなポイントとなってくる 一 方 で 自 動 車 用 二 次 電 池 では 研 究 開 発 途 上 であることもあり 現 在 (2013 年 )は 日 本 が 8 割 程 度 のシェアを 有 している ただし 電 気 自 動 車 やハイブリッド 車 の 本 格 的 な 普 及 により 今 後 飛 躍 的 な 成 長 が 期 待 され ることから 韓 国 や 中 国 等 の 企 業 が 本 格 的 な 参 入 のチャンスを 狙 っており 確 実 に 市 場 競 争 は 激 化 していくものと 見 られる 米 国 の 状 況 蓄 電 装 置 の 開 発 製 造 で 大 きな 遅 れをとった 米 国 は 2009 年 からのグリーンニューディー ル 政 策 や 再 生 可 能 エネルギー 発 電 へのシフトにより 政 策 および 補 助 金 の 両 方 で 大 きな 力 を 入 れている また 米 国 の 大 手 ベンチャーキャピタルも 多 額 の 資 金 を 提 供 している 米 国 では 現 行 のリチウムイオン 電 池 で 日 本 やアジアを 追 いかけるのではなく 発 電 効 率 を 一 気 に 数 十 倍 向 上 出 来 ると 考 えられる 次 々 世 代 ( 革 新 型 ) に 向 かっての 投 資 や 研 究 が 多 い 但 し 大 きな 税 金 をつぎこんだ ABC123 Systems 社 の 破 綻 や 資 金 調 達 の 困 難 さ 等 の 問 題 も 多 い 1 矢 野 経 済 研 究 所 富 士 経 済 等 の 調 査 による

10 エネルギー 保 存 システム はじめに 2.1. エネルギーとエネルギー 貯 蔵 人 類 が 生 活 し 産 業 活 動 を 行 う 上 で 各 種 のエネルギーは 無 くてはならない 存 在 である 人 類 は 一 次 エネルギーとしての 自 然 エネルギー( 風 太 陽 河 川 潮 力 海 流 ) と 化 石 エネルギ ー( 石 炭 石 油 天 然 ガス) を 利 用 して 来 た たき 火 やろうそくや 食 料 に 使 う 動 植 物 等 も 自 然 エネルギーの 一 つの 形 であると 言 える 化 石 エネルギーはそもそも 古 代 の 太 陽 エネルギーを 保 存 した 物 である 人 類 は これらの 一 次 エネルギー を 燃 料 光 源 衣 食 住 移 動 道 具 の 作 成 のために 用 い るだけでなく 産 業 活 動 にも 活 用 してきた 産 業 革 命 以 降 人 類 が 用 いるエネルギーは 拡 大 の 一 途 をたどっている また 二 次 エネルギーとしての 電 力 ( 電 気 ) も 19 世 紀 後 半 から 始 まった 交 流 電 力 網 と 各 種 交 流 電 気 機 器 の 開 発 製 造 に 伴 って 人 類 の 活 動 の 源 となっている 電 力 はエネルギーの 形 態 とし ては 極 めて 柔 軟 であり その 用 途 は 極 めて 幅 広 い 一 次 エネルギーを 用 いた 電 力 の 生 成 は 発 電 と 呼 ばれ 各 種 の 発 電 方 式 と 機 器 が 実 用 化 されている また 発 電 用 としては 核 分 裂 エネルギー( 235 ウラン) も 先 進 国 を 中 心 に 利 用 されている 次 ページに 米 国 に 於 ける 2011 年 の 各 種 の 一 次 エネルギー と 二 次 エネルギー(= 電 力 ) の 使 用 状 況 を 示 す 米 国 全 体 で 97.3 Quads 2 の 一 次 エネルギーが 消 費 され そのうち 39.2 Quads が 発 電 用 に 消 費 されている 石 油 資 源 への 依 存 は 35.3 Quads にものぼる 化 石 エネルギー 依 存 の 低 下 特 に 石 油 資 源 への 依 存 の 低 下 は 米 国 の 国 策 であり 自 然 エネルギー を 用 いた 電 力 エネルギーへのシフトが 図 られている 電 力 は 上 記 のように 色 々な 用 途 に 使 われているが その 貯 蔵 ( 蓄 電 )は 大 規 模 には 行 われて 来 なかった 化 石 燃 料 自 然 エネルギー 原 子 力 等 を 用 いて 発 電 された 電 力 は ほぼ 全 量 が 電 力 網 を 用 いて 消 費 地 に 運 ばれ 消 費 される 余 った 電 力 は 原 則 捨 てられる しかし 電 力 の 貯 蔵 ( 蓄 電 )は(1) 持 ち 運 び 機 器 用 ( 携 帯 電 話 ノートパソコン デジカメ 工 作 器 具 ) (2) 輸 送 機 器 用 ( 自 動 車 電 車 航 空 機 フォークリフト 等 ) (3) 定 置 用 ( 送 発 電 網 の 安 定 用 )という3つのマーケット 向 けに その 用 途 と 規 模 が 急 激 に 拡 大 し 世 界 的 にニーズが 大 きくなっている 2 Quads とは (quadrillion) BTU のこと BTU は British Thermal Unit の 略

11 エネルギー 保 存 システム 11 図 2-1 米 国 に 於 けるエネルギー 消 費 状 況 (2011 年 ) ( 出 典 :ローレンスリバモア 国 立 研 究 所 のデータに Stepwest が 日 本 語 を 追 加 )

12 エネルギー 保 存 システム アプリケーション 別 のエネルギー 貯 蔵 の 概 要 定 置 用 エネルギー 貯 蔵 ( 発 電 所 と 送 配 電 網 向 け) 送 配 電 網 (グリッド)に 繋 がる 蓄 電 装 置 としては ながらく 揚 水 型 水 力 発 電 が 主 流 であり 夜 間 と 昼 間 の 電 力 の 平 準 化 に 使 われてきた 次 ページの 図 は DoE の 2013 年 12 月 のレポート 3 による 米 国 に 於 ける 蓄 電 容 量 とその 技 術 別 内 訳 である 米 国 では 現 在 24,600MW のエネルギー 貯 蔵 能 力 があるが 揚 水 発 電 が 95%を 占 める 他 圧 縮 空 気 蓄 電 が 423MW( 残 り 5%の 35%) 蓄 熱 によるエネルギー 保 存 が 431MW( 残 り 5%の 36%) 二 次 電 池 ( 各 種 バッテリー)が 304MW( 残 り 5%の 26%)となっている しかし 近 年 の NaS 電 池 や リチウムイオン 二 次 電 池 を 含 む 多 様 な 蓄 電 装 置 が 開 発 され グリッドに 繋 がりだした その 必 要 性 とメリットは 下 記 の 通 りである (1) 自 然 エネルギーの 安 定 化 地 球 温 暖 化 防 止 のための 二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 削 減 策 と して 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 などの 再 生 可 能 エネル ギーの 大 量 導 入 が 望 まれているが 自 然 まかせのと ころがある この 様 な 出 力 が 安 定 しない 発 電 機 を 送 電 線 に 大 量 に つなぐと その 出 力 変 動 により 送 電 網 全 体 の 周 波 数 や 電 圧 の 維 持 が 難 しくなり 電 力 を 安 定 的 に 供 給 す 図 2-2 日 本 ガイシの NaS 電 池 ( 同 社 ホームページより) ることができない 電 力 を 一 時 的 に 蓄 えることによ って このような 出 力 変 動 を 電 力 貯 蔵 システムで 吸 収 し 安 定 化 を 図 ることが 可 能 となる 供 給 力 が 過 剰 なときは 電 力 貯 蔵 システムに 余 剰 を 吸 収 させ 供 給 力 が 不 足 しているときは 蓄 えられている 電 力 を 放 出 する 4, 5 周 波 数 の 変 動 を 抑 える 技 術 をアンシラリー 技 術 そのようなサービスをアンシラリーサー ビス 6 という (2) 負 荷 平 準 化 (ピークシフト) 需 要 家 に 蓄 電 池 を 設 置 し 需 要 の 少 ない 夜 間 を 利 用 して 予 め 充 電 しておく そして 昼 間 の 需 給 逼 迫 時 には 商 用 受 電 からの 電 力 で はなく 蓄 電 池 から 放 電 した 電 力 で 機 器 を 動 かす これにより 商 用 電 力 の 利 用 ピー クをシフトさせることができる 時 間 帯 や 季 節 ごとの 電 力 需 要 格 差 を 縮 小 す ることを 負 荷 平 準 化 と 言 う 電 気 はつねに 図 2-3 米 国 ニューヨーク 州 にある 20MW のフ ライホイール 蓄 電 施 設 ( 出 典 :DoE) カリフォルニア 州 の 系 統 運 用 者 である CAISO は 同 州 において 供 給 力 に 占 める 再 生 可 能 エネルギーの 割 合 が 33%に 達 す ると 周 波 数 調 整 力 を 現 在 の 2~4 倍 用 意 する 必 要 があるとみている 5 NEDO 再 生 可 能 エネルギー 技 術 白 書 ( 第 9 章 系 統 サポート 技 術 発 電 出 力 予 測 (58 ページ) 6

13 エネルギー 保 存 システム 13 ピーク 需 要 にあわせて 設 備 を 建 設 しなければならず 格 差 の 拡 大 は 設 備 の 利 用 率 を 低 下 さ せ 電 気 を 供 給 するコストの 上 昇 につながる 電 力 消 費 量 が 少 ない 夜 間 に 電 力 を 蓄 え 電 力 消 費 量 が 多 い 昼 間 に 放 出 することで 夜 の 発 電 量 は 増 え 昼 の 発 電 量 は 減 り 負 荷 が 平 準 化 される これにより 電 力 供 給 事 業 者 は 発 電 所 の 増 設 を 抑 えることができ 消 費 者 は 契 約 電 力 を 低 減 できるとともに 昼 夜 間 の 電 気 料 金 格 差 を 利 用 して 電 気 代 の 節 約 を 図 れることが 大 きな メリットとなる 図 2-4 米 国 に 於 ける 蓄 電 容 量 とその 技 術 別 内 訳 ( 計 画 分 を 含 む) ( 出 典 :DoE の 2013/12 レポート)

14 エネルギー 保 存 システム 14 (3) 電 力 品 質 の 改 善 送 配 電 線 への 落 雷 に 対 して 保 護 機 能 が 正 常 に 動 作 した 際 短 時 間 の 電 圧 低 下 が 起 きる こ れを 瞬 圧 ( 瞬 時 電 圧 低 下 )と 呼 び このわずかな 電 圧 の 乱 れが デリケートな 精 密 機 械 や 半 導 体 の 製 造 プロセスに 多 額 の 損 害 を 与 える 需 要 者 の 構 内 や 送 配 電 網 の 中 に 適 切 な 蓄 電 装 置 を 設 置 する 事 で この 様 な 瞬 圧 による 損 害 を 防 止 する 事 が 出 来 る この 目 的 では フライホイール 等 が 用 いられる (4) 非 常 用 電 源 としての 利 用 工 場 やオフィスビルなどの 大 口 消 費 者 は 非 常 用 電 源 を 設 置 することが 法 令 で 義 務 づけら れている 非 常 時 には 確 実 で 安 定 した 起 動 が 求 められ 電 池 残 量 をゼロにすることなく 必 要 量 を 常 に 残 す 必 要 があるが 負 荷 平 準 化 や 電 力 品 質 維 持 の 目 的 で 導 入 した 電 池 の 一 部 を 非 常 用 電 源 として 確 保 することは 可 能 である この 場 合 蓄 電 システムとしては 日 々 運 転 されているので 非 常 時 にも 安 定 して 起 動 する ことができる NEDO が 取 りまとめた 二 次 電 池 技 術 開 発 ロードマップ 2013 では 定 置 用 の 二 次 電 池 の 現 在 (2012 年 度 末 )および 2020 年 度 頃 の 目 標 寿 命 とコストは 下 表 のようになっている 系 統 用 需 要 家 用 種 類 項 目 現 在 (2012 年 度 末 ) 2020 年 度 頃 長 周 期 変 動 調 整 用 短 周 期 変 動 調 整 用 中 規 模 グリッド 工 場 ビル 家 庭 用 無 線 基 地 局 データセンターバックアップ 寿 命 10~15 年 20 年 コスト 5~10 万 円 /kwh 2.3 万 円 /kwh 寿 命 10~15 年 20 年 コスト 20 万 円 /kwh 8.5 万 円 /kwh 寿 命 5~60 年 20 年 コスト 2.3 万 円 /kwh 寿 命 5~10 年 20 年 コスト 5~25 万 円 /kwh 寿 命 10 年 20 年 コスト 20~40 万 円 /kwh (5) 稼 働 中 の 大 型 蓄 電 施 設 の 概 要 揚 水 型 発 電 の 最 大 のものは 米 国 にある Bath Country で 3,000MW を 10 時 間 (20,000MWh) 持 続 出 来 る また カリフォルニア 州 の Merced 郡 にある 施 設 は 定 格 出 力 が 424MW と 少 な いが 約 298 時 間 (126,352 MWh) 持 続 可 能 圧 縮 空 気 蓄 電 では 同 じく 米 国 の McIntosh の 施 設 が 110MW を 26 時 間 (=2,800MWh) 持 続 出 来 る 但 しこの 施 設 は 圧 縮 空 気 を 天 然 ガス 火 力 発 電 の 補 助 エネルギーに 用 いているので 圧 縮 空 気 のみを 用 いた 純 粋 な 蓄 電 発 電 装 置 ではない NaS 電 池 では 日 本 の 青 森 の 六 ヶ 所 村 の 風 力 発 電 所 に 併 設 割 れている 日 本 ガイシ 製 の 施 設 が 世 界 で 最 大 で 34MW(2MW x 17 基 )を 約 7 時 間 (=238MWh) 持 続 可 能 7 日 本 ガイシ 製 の 装 置 は1 基 が 2MWx7 時 間 であり 今 の 時 点 ではこの 装 置 を2 基 とか4 基 とか 設 置 するケースが 7

15 エネルギー 保 存 システム 15 多 い なお 日 本 ガイシ 社 はこれまでに 国 内 外 合 わせて 約 170 カ 所 合 計 で 30 万 kw の 稼 働 実 績 がある フロー 電 池 は 日 本 の 苫 前 町 内 の 風 力 発 電 の 施 設 が 4MW を 約 1 時 間 30 分 (6MWh) 中 国 の Zhangbei National Wind& PV の 施 設 が 2 MW を 約 4 時 間 (8MWh) 放 電 可 能 であり これら が 現 時 点 では 最 大 規 模 であるが 現 在 米 国 で 建 設 中 の Primus Power Corporation Wind Firming Energy Farm は 25MW を 3 時 間 (75MWh) 持 続 可 能 で 稼 働 を 始 めれば 世 界 最 大 と なる 現 在 実 用 化 ( 稼 働 中 )されている 蓄 電 装 置 の 中 で 最 大 規 模 の 施 設 を 下 記 する (2014/2 時 点 の DoE のデータベースによる 8 ) 区 分 出 力 持 続 時 間 蓄 電 容 量 国 プロジェクト 名 揚 水 発 電 3,003 MW 約 10 時 間 30,000 MWh 米 国 Bath County Pumped Storage Station 424 MW 約 298 時 間 126,352 MWh 米 国 San Luis Pumped Storage Hydroelectric Powerplant 圧 縮 空 気 110 MW 約 26 時 間 2,800 MWh 米 国 McIntosh CAES Plant NaS 電 池 34 MW 約 7 時 間 238 MWh 日 本 Rokkasho Village Wind Farm 4 MW 約 1.5 時 間 6 MWh 日 本 Tomamae Wind Farm Zhangbei National Wind and Solar Energy Storage and 2 MW 約 4 時 間 8 MWh 中 国 フロー 電 池 Transmission Demonstration Project 25 MW 約 3 時 間 75 MWh Modesto California Wind 米 国 ( 建 設 中 ) Firming EnergyFarm リチウムイ 32 MW 約 15 分 8 MWh 米 国 Laurel Mountain オン 電 池 25 MW 約 2 時 間 50 MWh 米 国 GM ABB Volt Battery ASDEX-Upgrade Pulsed Power 524 MW 約 0.1 分 0.87 MWh ドイツ フライホイ Supply System ール Beacon Power Flywheel 20 MW 約 15 分 5 MWh 米 国 Frequency Regulation Plant Duke Energy Business 鉛 電 池 36 MW 約 40 分 24 MWh 米 国 Services Notrees Wind Storage Demonstration Project キャパシタ Palmdale Micro Grid Energy 0.45 MW 約 1 分 MWh 米 国 ー Storage Demonstration 8

16 エネルギー 保 存 システム 運 輸 向 けエネルギー 貯 蔵 運 輸 ( 自 動 車 船 舶 鉄 道 ) 向 けのエネルギー 源 としては 図 1に 示 すように 石 油 製 品 (ガソリ ン ディーゼル 重 油 等 )が 占 める 割 合 が 非 常 に 高 い しかし 石 油 製 品 は(1) 化 石 エネルギー であるためその 資 源 が 限 られやがては 枯 渇 する(2) 排 気 ガスが 環 境 汚 染 を 引 き 起 こす(3) 地 域 的 リスクの 高 い 中 近 東 等 に 依 存 する 等 の 問 題 があり 環 境 的 にも 国 家 安 全 政 策 的 にもこの 様 なエ ネルギー 源 を 減 らす 必 要 がある カリフォルニア 州 の ZEV(Zero Emission Vehicle) 規 制 が 大 きなトリガーとなっているが カリ フォルニア 州 はその 規 制 の 強 化 を 行 っている 石 油 製 品 以 外 の 代 替 エネルギー 源 として 現 在 (1) 電 気 自 動 車 (EV)と(2) 水 素 発 電 車 (FCV: 燃 料 電 池 車 )が 期 待 されており 世 界 的 に 開 発 が 進 み 一 部 量 産 が 行 われるようになってきた 各 種 の 社 会 インフラの 整 備 や 価 格 を 含 めて 課 題 は 多 いが 先 進 国 を 中 心 に 大 きな 流 れとなっている 電 気 自 動 車 の 場 合 20kWh から 85kWh が 現 在 のバッテリー 容 量 となっているが このバッテリー コストが 重 要 な 要 素 である 2014 年 の 時 点 では 1kWh あたりの 製 造 コストが 1,000 ドルと 言 わ れるが 本 格 的 な 普 及 期 (2020 年 )には これが 200 ドル 程 度 に 下 がる 必 要 がある ( 注 :2013 年 モデルの 日 産 のリーフに 搭 載 されている 二 次 電 池 の 容 量 が 24kWh テスラ 社 のモデル S は 60kWh/85kWh である ) 完 全 な 電 気 自 動 車 ではなくとも ハイブリッド 化 する 事 やアイドリングストップ 機 能 を 搭 載 する ことによる 燃 費 の 大 幅 な 向 上 は 実 現 されつつある この 際 も 1kWh 5kWh 程 度 の 容 量 のバッテリーが 必 要 となってくる (2013 年 モ デルのプリウスハイブリッドに 搭 載 されている 二 次 電 池 は 約 2kWh(ニッケル 水 素 ) プラグインモデルで 約 5kWh(リチウムイオ ン)である ) 運 輸 向 けに 蓄 電 装 置 (バッテリー)を 用 いる 場 合 は その 蓄 電 装 図 2-5 米 国 テスラ 社 の 置 の 安 全 性 や 経 済 性 が 大 きな 問 題 となる モデル S のリチウムイオ なお トヨタ 自 動 車 のハイブリッド 車 のプリウスは 2014 年 1 月 ン 二 次 電 池 ニッケル 系 の 正 極 を 用 いた セ 時 点 までの 累 計 で 600 万 台 出 荷 されたとの 事 ルが 8,000 個 以 上 使 われ なお 車 載 用 では 安 全 性 とコストの 観 点 から 正 極 材 料 に コバル ている ト 酸 リチウム(LiCoO 2 ) はほとんど 用 いられない 現 在 車 載 用 ( 同 社 ホームページよ り) で 主 流 となっている 正 極 材 料 は マンガン 酸 リチウム(LiMn 2 O 4 ) 三 元 系 (Li(Ni-Mn-Co)O 2 ) リン 酸 鉄 リチウム(LiFePO 4 ) ニッケルリチウム(LiNiO 2 ) で ある 種 類 項 目 現 在 (2012 年 度 末 ) 電 力 密 度 重 視 型 エネルギー 密 度 30~50Wh/Kg 200Wh/Kg 出 力 密 度 1,400~2.000 W/Kg 2,500 W/Kg 2020 年 度 頃 2030 年 度 頃

17 エネルギー 保 存 システム 17 (HEV, PHEV) コスト 10~15 万 円 /kwh 2 万 円 /kwh エネルギー エネルギー 密 度 60~100Wh/Kg 250~Wh/Kg 500Wh/Kg 密 度 重 視 型 出 力 密 度 330~600 W/Kg ~1,500 W/Kg ~1,500 W/Kg (EV) コスト 7~10 万 円 /kwh <2 万 円 /kwh 約 1 万 円 /kwh NEDO が 取 りまとめた 二 次 電 池 技 術 開 発 ロードマップ 2013 では 現 在 (2012 年 )および 2020 年 度 2030 年 度 頃 の 目 標 性 能 とコストは 下 表 のようになっている ( 性 能 は セル 単 体 では 無 く 電 池 パックでのもの ) 右 の 写 真 はテスラ 社 の 電 気 自 動 車 Model S の 電 池 システムである この 電 池 システムにはパ ナソニック 社 が 開 発 製 造 した リチウムイオン 二 次 電 池 円 筒 形 セル( 正 極 はニッケル 系 ) 9 が 8,000 個 以 上 使 われている モバイル 機 器 向 けエネルギー 貯 蔵 モバイル 機 器 向 けの 蓄 電 装 置 (バッテリー)は 他 のアプリケーショ ンに 比 べて 最 も 早 く 市 場 に 出 て 一 般 的 となって 行 った 1950 年 代 に 広 まった 家 庭 向 けや 産 業 向 けの 電 気 製 品 (テレビ 冷 蔵 庫 洗 濯 機 等 )は その 必 要 な 電 力 をコンセントから 供 給 する 事 が 多 かっ た 1960 年 代 に 充 電 が 出 来 ない 一 次 電 池 がポータブルラジオ 懐 中 電 灯 一 部 の 産 業 用 の 持 ち 運 び 機 器 の 機 器 に 使 われるようになった 1970 年 代 に 充 電 可 能 な 二 次 電 池 が 開 発 量 産 されるようになり 極 めて 容 量 は 少 ないが 徐 々に 適 用 が 広 がって 行 った ( 電 池 が 専 用 の 容 器 に 入 っている 場 合 と 乾 電 池 型 の 円 筒 形 の 容 器 に 入 っている 場 合 の 両 方 があった ) 図 2-6 アップル 社 iphone 用 のリチウムイ オン 二 次 電 池 ( 報 道 資 料 より) 1980 年 代 になり 個 人 ( 家 庭 ) 向 けビデオカメラや 録 音 機 器 にも こ れらの 充 電 可 能 なバッテリーが 使 われだした この 時 代 は ニッケルカ ドミウム 二 次 電 池 が 主 流 であったため 大 きく 重 く また 環 境 への 負 担 が 大 きかった 1990 年 代 になり ノートパソコン デジタルカメラ 携 帯 電 話 等 のモ バイルアプリケーションで 爆 発 的 に 二 次 電 池 が 市 場 を 広 げて 行 った こ の 時 点 ではニッケルカドミウム 二 次 電 池 よりもエネルギー 密 度 が 高 く また 環 境 負 荷 が 少 ない ニッケル 水 素 二 次 電 池 が 主 流 となった 図 2-7 富 士 フィルム 社 製 デジタルカメラ 用 のリチウムイオン 二 次 電 池 ( 同 社 ホームペー ジより) 2000 年 代 に リチウムイオン 二 次 電 池 が 使 われるようになり それま で 使 われていたニッケル 水 素 二 次 電 池 等 よりエネルギー 密 度 が 2 倍 程 度 と なり また 生 産 量 拡 大 に 伴 って 価 格 も 手 頃 になり 更 に 適 用 を 拡 大 した 図 2-8 三 洋 電 気 ( 現 パナソニック) 9 パナソニックは 従 来 のニッケル 系 に 異 種 元 素 を 添 加 することにより, 充 電 状 態 での 結 晶 構 造 製 を の 強 充 固 (Ni-O 電 式 の 共 単 有 結 三 合 乾 の 強 化 )に し, 充 電 状 態 における 材 料 の 熱 的 安 定 性 を 改 善 した と 説 明 しているが 組 成 式 は 公 開 していない 10 電 池 ( 出 典 : 報 道 資 料 )

18 エネルギー 保 存 システム 18 この 場 合 は 乾 電 池 型 の 二 次 電 池 では 無 く 専 用 の 外 形 をもった 電 池 パックとして 使 われる 事 が 多 い この 時 期 ノートパソコンに 搭 載 されたリチウムイオン 二 次 電 池 の 発 火 事 故 等 が 報 告 され 安 全 性 への 懸 念 も 広 がった 2010 年 代 になり モバイル 機 器 向 けの リチウムイオン 二 次 電 池 の 性 能 容 量 は 拡 大 した 物 の これらの 機 器 はより 高 機 能 高 精 細 大 画 面 になり 二 次 電 池 にはさらなる 高 性 能 化 高 容 量 化 が 要 求 されている なお デジカメ 携 帯 電 話 (スマートフォン)では リチウムイオンポリマー 二 次 電 池 の 採 用 が 増 えている モバイル 機 器 に 使 われる 乾 電 池 型 二 次 電 池 においては ニッケル 水 素 電 池 が 主 流 となっ ている その 理 由 として ニッケル 水 素 電 池 の 大 電 力 大 電 流 時 の 放 電 特 性 に 優 れる 単 純 な 回 路 で 充 放 電 が 可 能 安 全 性 が 確 立 されている といった 特 徴 の 他 リチウムイオン 電 池 が 特 性 および 安 全 性 の 問 題 から 乾 電 池 型 として 不 向 きであり 普 及 に 至 っていないことが 挙 げられ る

19 エネルギー 保 存 システム 稼 働 中 の 各 種 のエネルギー 貯 蔵 方 式 について 3.1. 各 方 式 の 概 略 と 比 較 エネルギー 貯 蔵 (energy storage) 媒 体 とは エネルギーを 何 らかの 形 で 格 納 する 物 質 であり 後 から 利 用 可 能 な 形 でそれを 引 き 出 せるものである エネルギーを 貯 蔵 する 形 態 ( 媒 体 )としては 下 記 がある 電 気 化 学 的 エネルギー 貯 蔵 (いわゆる 電 池 といわれるもので ニッケル 水 素 二 次 電 池 や リチウムイオン 二 次 電 池 等 がある) 化 学 的 エネルギー 貯 蔵 ( 水 素 等 の 元 素 をエネルギー 貯 蔵 に 用 いる) 電 気 的 エネルギー 貯 蔵 (キャパシター 等 ) 力 学 的 エネルギー 貯 蔵 ( 揚 水 型 水 力 発 電 圧 縮 空 気 をもちいたエネルギー 貯 蔵 等 ) その 他 のエネルギー 貯 蔵 ( 熱 的 貯 蔵 超 伝 導 磁 気 エネルギー 貯 蔵 等 ) これらの 色 々な 方 式 はそれぞれ 一 長 一 短 があり その 使 用 目 的 や 必 要 な 性 能 に 従 って 使 い 分 けら れている 総 蓄 電 容 量 が 多 いほど 良 いもの 一 気 にたくさんの 出 力 ワット 数 が 出 せる 方 が 良 いも の 最 大 出 力 になるまでの 時 間 が 短 い 方 が 良 いもの 蓄 電 時 間 が 短 い 方 が 良 いもの より 少 ない 重 量 やサイズでより 多 くの 蓄 積 が 出 来 る 方 が 良 いもの 等 である 次 ページの 図 は 横 軸 にそのエネルギー 出 力 の 大 きさ( 出 力 ワット 数 )を 縦 軸 にその 出 力 を 持 続 出 来 る 時 間 の 長 さを 取 り 色 々な 蓄 電 システムを 比 較 した 物 である 出 力 ワット 数 (MW) と 持 続 時 間 (h) をかけた 物 が 蓄 電 容 量 (MWh) である この 図 では 装 置 のサイズ( 大 きさや 重 量 )は 無 視 している 出 力 の 大 きさと 出 力 時 間 の 両 方 で 一 番 大 きい 蓄 電 装 置 は 揚 水 型 発 電 (PSH) それに 次 ぐ 物 は 圧 縮 空 気 を 用 いた 蓄 電 (CAES)であるが 両 者 とも 極 めて 大 型 の 施 設 であり 電 力 網 への 接 続 で 安 定 を 図 る 物 である 自 動 車 向 けやモバイル 機 器 向 け 等 の 用 途 では 大 きさ や 重 さ が 重 要 なファクターになる ケースが 多 い この 場 合 は 単 位 重 さや 単 位 容 積 あたりのエネルギー 保 存 量 を 示 す エネルギー 密 度 が 大 事 になる

20 エネルギー 保 存 システム 20 図 3-1 蓄 電 方 式 の 比 較 ( 出 典 : 各 種 資 料 をもとに Stepwest が 作 成 ) 3.2. 電 気 化 学 的 貯 蔵 ( 二 次 電 池 ) 二 次 電 池 の 概 略 電 気 化 学 的 にエネルギー( 電 力 )を 蓄 える 事 が 出 来 繰 り 返 し 充 電 / 放 電 が 可 能 な 電 池 を 二 次 電 池 蓄 電 池 充 電 式 電 池 という 11 本 調 査 レポートでは 二 次 電 池 という 呼 称 を 用 いる 充 電 を 行 うことにより 化 学 反 応 により 電 気 を 蓄 えて 電 池 として 使 用 できる 様 になり 繰 り 返 し 使 用 することが 出 来 る 物 理 的 や 電 気 的 にエネルギーを 貯 蔵 する 方 法 (フライホイール 揚 水 発 電 圧 縮 空 気 蓄 電 等 )に 比 べ 小 型 化 が 可 能 であるが 化 学 反 応 を 用 いるが 故 の 不 安 定 さ 毒 性 寿 命 の 問 題 等 がある 化 学 電 池 の 基 本 構 成 は 下 記 の 通 りである 11 電 池

21 エネルギー 保 存 システム 21 (1) 電 極 / 活 物 質 電 池 の 電 流 の 取 出 口 として 正 極 ( 陽 極 カソード) 負 極 ( 陰 極 アノード) の 2 つの 電 極 がある 電 位 の 高 い 方 が 正 極 であり 電 位 の 低 い 方 が 負 極 である 電 池 では 正 極 側 で 還 元 反 応 が 起 こり 負 極 側 で 酸 化 反 応 が 起 こる 電 極 の 構 成 要 素 には 活 物 質 集 電 体 (Al, Cu 等 ) 分 散 剤 導 電 助 剤 バインダー 等 がある 電 極 に 含 まれる 活 物 質 は 電 池 反 応 の 中 心 的 役 割 を 担 い 電 子 を 送 り 出 し 受 け 取 る 酸 化 / 還 元 反 応 を 行 う 物 質 である 例 えば リチウムイオン 二 次 電 池 の 正 極 活 物 質 には リ チウムを 含 む 酸 化 物 粉 末 (LiCoO 2,LiNiO 2,LiMnO 2 な ど ) が 負 極 には 主 に 黒 鉛 (グラファイ トともいう 天 然 黒 鉛 人 造 黒 鉛 などがある)が 用 いられている 出 力 される 電 圧 は 2 つの 電 極 電 位 の 差 であるため 正 極 側 の 活 物 質 は 電 極 電 位 が 高 い 方 が 良 く 負 極 側 の 活 物 質 は 電 極 電 位 が 低 い 方 が 良 い 電 極 は 上 記 のように 色 々な 構 成 物 質 からなっているが 電 気 伝 導 率 が 高 く 活 物 質 や 電 解 液 に 対 して 化 学 的 に 安 定 であることが 求 められる また 素 材 の 値 段 が 安 い( 容 易 に 調 達 出 来 る) 加 工 が 簡 単 等 も 重 要 な 要 素 となる (2) 電 解 質 電 解 質 は イオン 導 電 性 が 高 い ものが 求 められる 活 物 質 などに 対 して 化 学 的 に 安 定 であることも 求 められ 生 物 毒 性 や 発 火 性 も 無 いことが 望 まれる リチウムイオン 電 池 に 発 火 の 危 険 性 があるのは 使 用 する 有 機 電 解 液 が 可 燃 性 であることが1 因 である 電 池 の 電 解 質 は 電 解 液 と 呼 ばれる 液 体 のものが 多 いが ゲル 状 のポリマーを 用 いたリチウ ムイオンポリマー 二 次 電 池 等 も 実 用 化 されている またリチウムイオン 二 次 電 池 の 発 火 危 険 性 を 回 避 する 為 に 固 体 電 解 質 の 研 究 開 発 が 進 んでいる (3)セパレータ セパレータ は 隔 膜 とも 呼 ばれ 正 極 と 負 極 を 分 離 する 機 能 を 担 っている 熱 や 応 力 に 対 する 耐 久 力 と 同 時 に 電 池 内 の 他 の 物 質 に 対 して 化 学 的 にも 安 定 でありながら 電 解 液 中 のイオンの 移 動 を 妨 げないように 多 孔 質 で 薄 い 膜 が 求 められる (4) 容 器 容 器 は 電 池 の 外 形 を 成 し 電 極 / 活 物 質 電 解 液 セパレータといった 内 部 の 構 成 物 質 を 収 めて 閉 じ 込 める 役 割 をする 力 学 的 に 丈 夫 で 耐 薬 品 性 に 優 れた 素 材 が 求 められる 上 記 の(1) (4)の 要 素 全 般 は 安 価 で 軽 量 加 工 性 生 産 性 が 良 く 環 境 汚 染 を 起 こさないリサ イクルに 向 いた 材 料 が 求 められる 電 池 のエネルギー 二 次 電 池 のエネルギー F は 負 極 と 正 極 間 の 電 位 差 ( 起 電 力,E) と 電 気 容 量 Q の 積 である

22 エネルギー 保 存 システム 22 エネルギー(F)= 電 位 差 (E) 電 気 容 量 (Q) 即 ち 負 極 と 正 極 間 の 電 位 差 が 大 きければ 大 きいほど 起 電 力 ( 電 圧 V)が 高 くなり 容 積 あたりや 重 量 あたりの 電 気 容 量 (Ah) が 大 きければ 大 きいほど 電 池 として 蓄 えられる 容 量 (VxAh=Wh)が 大 きくなる 電 位 差 と 電 気 容 量 の 積 で 貯 蔵 出 来 るエネルギー 量 がきまる 主 な 電 池 の 公 称 電 圧 ( 負 極 と 正 極 間 の 電 位 差 )を 下 記 するが リチウムイオン 電 池 の 公 称 電 圧 が 他 方 式 に 比 べて 高 い 事 が 分 かる 電 池 の 種 類 鉛 二 次 電 池 ニッケルカドミウム 二 次 電 池 ニッケル 水 素 二 次 電 池 コバルト 酸 リチウムイオン 電 池 三 元 系 リチウムイオン 電 池 マンガン 酸 リチウムイオン 電 池 リチウムイオン ニッケル 系 リチウムイオン 電 池 二 次 電 池 チタン 酸 リチウムイオン 電 池 (LTO) リン 酸 鉄 リチウムイオン 電 池 (LFP) レドックスフロー 二 次 電 池 NaS 二 次 電 池 公 称 電 圧 2.0 V 1.2 V 1.2 V 3.7 V 3.6 V 3.6 V 3.6 V 2.5 V 3.3 V 1.1 V 2.1 V コラム: エネルギー 密 度 vs. 出 力 密 度 エネルギー 密 度 (Energy Density) ある 蓄 電 装 置 が 保 存 出 来 るエネルギー 量 (Wh)を その 装 置 の 容 積 (m 3 または L)また は 重 量 (kg や g)で 割 った 物 である 容 量 密 度 とも 言 う 例 えば テスラ 社 /モデル S のリチウムイオン 二 次 電 池 の 電 力 容 量 (エネルギー 量 )は 60kWh/85kWh で その 重 量 が 約 500kg なので 85kWh モデルの 重 量 エネルギ ー 密 度 は 85kWh 500kg =0.17kWh/kg =170Wh/kg =170kWh/g となる 電 気 自 動 車 (EV)では 長 距 離 走 行 出 来 る 事 が 大 事 なので エネルギー 密 度 が 優 先 され ハイブリッド 車 (HEV)では 比 較 的 短 時 間 の 加 速 補 助 用 にバッテリーとモータ ーが 使 用 されるため 下 記 の 出 力 密 度 が 優 先 される 事 が 多 い NEDO の 2013 年 ロードマップでは 現 在 (2012 年 )の 電 気 自 動 車 (EV)の 二 次 電 池 の エネルギー 密 度 は 60~100Wh/kg 2020 年 の 目 標 が 250Wh/kg である なお 容 量 値 は 電 気 自 動 車 で 20kWh~80kWh 程 度 ハイブリッド 自 動 車 で 通 常 1kWh ~ 2kWh 程 度 である 出 力 密 度 (Power Density) ある 蓄 電 装 置 が 最 大 で 出 力 可 能 なエネルギー 値 (W)を その 装 置 の 容 積 (m 3 または L) または 重 量 (kg や g)で 割 った 物 である 出 力 値 ( 最 大 で 出 力 可 能 なエネルギー 値 :W) が 高 いほど 瞬 間 的 に 高 出 力 が 出 せる

23 エネルギー 保 存 システム 23 発 進 加 速 などで 二 次 電 池 が 使 われるハイブリッド 車 では 重 要 な 指 標 となる 例 えば 出 力 値 が 200kW で 重 量 が 100kg のハイブリッド 車 用 の 二 次 電 池 の 場 合 その 出 力 密 度 は 200kW 100kg =2,000W/kg となる NEDO の 2013 年 ロードマップでは 現 在 (2012 年 )のハイブリッド 自 動 車 (HEV) 用 の 二 次 電 池 の 出 力 密 度 は 1.4kW~2kW/kg 2020 年 の 目 標 が 2.5kW/kg である なお テスラ 社 のロードスターの 最 大 出 力 は 215kW 12 で その 重 量 が 約 500kg なの で 出 力 密 度 は 215kW 500kg = 0.4kW/kg となる 大 きなバッテリーを 積 まない ハイブリッド 自 動 車 と 比 べると 大 容 量 ( 大 重 量 )のバッテリーを 積 む 電 気 自 動 車 の 出 力 密 度 の 数 値 は 悪 くなる コラム: 電 池 セル vs. 電 池 パック のエネルギー 密 度 通 常 蓄 電 装 置 の 指 標 には 電 池 パック(バッテリーモジュール 全 体 ) の 重 量 や 容 積 を 用 いる 即 ち バッテリマネージメントシステム(BMS)や 安 全 の 為 のセ ル 間 の 隔 壁 や 全 体 を 格 納 する 金 属 筐 体 の 重 さや 容 積 を 含 む しかし 電 池 セル 単 体 の 性 能 をあらわす 場 合 には セル 単 体 の 重 量 や 容 積 を 用 い BMS や 筐 体 を 含 まない 場 合 が 多 いので 注 意 を 要 する ( 通 常 の 円 筒 形 セルは BMS を 内 蔵 しない 保 護 回 路 が 無 いので セルのまま 用 いるのは 非 常 に 危 険 である ) 色 々な 報 道 資 料 やニュースリリースを 見 ると リチウムイオン 二 次 電 池 のエネル ギー 密 度 (Wh/kg)が 出 てくるが これが 電 池 セル の 値 なのか 電 池 パッ ク の 値 なのか 分 からない 事 が 多 い リチウムイオン 二 次 電 池 は エネルギー 密 度 が 高 い 裏 返 しとして 危 険 性 も 高 い 為 に 保 護 回 路 (BMS)が 必 須 であるが 通 常 BMS は 電 池 セル 内 には 置 かず に 電 池 パック に 置 く また 万 一 あるセルが 異 常 をきたして 発 熱 発 火 した 場 合 に 他 のセルにそ の 熱 暴 走 がおよび 延 焼 しない 様 にモジュール 間 に 隔 壁 を 設 ける また バッテ リーパック 全 体 を 外 部 の 衝 撃 にも 耐 えるがっちりとした 構 造 とし 防 水 処 置 を 施 す これらの BMS やモジュール 間 隔 壁 や 全 体 を 覆 う 筐 体 はバッテリーパックとしては 不 可 欠 であるが これらの 重 量 が パック 全 体 の 重 量 となり エネルギー 密 度 の 計 算 に 現 れてくる 例 えば テスラ 社 はパナソニックの セル をそのモデル S に 8,000 個 以 上 用 いているが( 正 確 な 数 は 未 公 表 ) セル 単 体 の 値 とバッテリーパックでの 値 を 比 較 してみる パナソニック 社 円 筒 形 セル テスラ 社 モデル S バッテリーパック 容 量 (Wh) 10Wh 85kWh 重 量 (kg) 0.045kg 約 500kg エネルギー 密 度 220Wh/kg 170Wh/kg 比 率 以 上 の 様 に セル vs パック ではそのエネルギー 密 度 に 23%の 差 がある なお この 比 較 は 円 筒 形 セル(18650)の 場 合 であり 角 形 セルやラミネート 型 セル では 異 なる 電 極 材 料 の 容 量 密 度 を 表 す 場 合 には 電 極 材 料 単 体 の 重 さに 対 する ma/g とい う 単 位 を 使 う 事 が 多 い 12

24 エネルギー 保 存 システム 24 コラム: 放 電 レート(C レート) 電 池 の 特 性 を 評 価 する 際 に どれだけスムーズに 放 電 出 来 るか が 重 要 な 要 素 となる 各 電 極 材 や 電 解 質 の 性 能 によって 急 速 に 放 電 出 来 るかどうか 急 速 に 放 電 した 際 に 電 池 の 放 電 特 性 がどうなるかが 重 要 である このさい 放 電 能 力 の 大 きさを 評 価 する 際 に 放 電 する 電 流 の 絶 対 値 で 表 すので は 無 く 公 称 容 量 値 に 対 する 相 対 的 な 大 きさで 表 す 方 が 比 較 が 出 来 て 分 か りやすい この 目 的 の 為 に 使 われてる 尺 度 が 放 電 レート(Cレート) である ある 公 称 容 量 を 有 するセルを 定 電 流 放 電 して ちょうど1 時 間 で 放 電 終 了 となる 電 流 値 の 事 を 1Cの 放 電 レート という 例 えば40Ahの 公 称 容 量 値 のセルでは1C=40Aであり 40Aをスムーズに 放 電 出 来 れば 1 時 間 で 放 電 終 了 になるはずである (なお 40Ahのセルとは 電 圧 が3.7Vであ ればエネルギー 量 は40Ah x 3.7V = 148 AVh = 148 Whである ) このセルを 仮 に2Cで 放 電 すると 30 分 で 放 電 が 終 了 するはずである この Cレート は 電 池 の 性 能 を 判 断 する 場 合 に 重 要 な 要 素 となり 高 いCレー トでも 安 定 した 放 電 が 可 能 な 電 池 程 優 秀 な 電 池 と 言 える 事 ができる 例 えば 下 記 のような 使 い 方 をする 酸 化 鉄 リチウムイオン 二 次 電 池 な ら 公 称 容 量 値 の 電 流 (1C)の3 倍 の 電 流 (3C)で 充 電 が 可 能 です 一 般 的 なコバルト 系 リチウムバッ テリーは 高 速 充 電 に 対 応 していない ので5 時 間 充 電 (0.2C)です 通 常 5 時 間 で 放 電 する 電 流 値 (0.2C)で の 電 池 の 容 量 (AhまたはWh)を 公 称 容 量 値 とする 即 ち 0.2Cでの 放 電 がその 二 次 電 池 の 容 量 値 を 表 示 する 際 の 基 準 と なる 放 電 レートが1C 2C 5Cと 大 きくなる と 取 り 出 せる 電 池 の 電 圧 が 低 下 してい き 取 り 出 せる 電 池 の 容 量 が 減 って 行 く これはセルの 内 部 抵 抗 のために 電 圧 が 下 がり エネルギーが 無 駄 に 使 われ ているからである 図 3-2 放 電 レート 特 性 の 例 1C/5C/20C での 放 電 容 量 と 電 池 電 圧 の 関 係 をグラフにするケースが 多 い 通 常 放 電 レート(C)が 大 きくなるほど 放 電 容 量 が 下 がって 行 き 性 能 が 悪 くな る ( 出 典 : 産 総 研 ホームページ)

25 エネルギー 保 存 システム 二 次 電 池 の 各 方 式 の 比 較 既 に 量 産 出 荷 されているもの まだ 研 究 開 発 段 階 にあるものを 含 め 二 次 電 池 には 非 常 に 多 く の 種 類 があり それぞれ 利 点 欠 点 がある 下 表 に 現 在 出 荷 中 の 電 気 化 学 方 式 の 二 次 電 池 の 特 徴 を 纏 める 比 較 項 目 主 要 なメ ーカ ー 日 本 日 本 以 外 エネルギー 密 度 ( 括 弧 内 は 理 論 値 ) 主 要 な 正 極 材 料 主 要 な 負 極 材 料 特 徴 用 途 鉛 蓄 電 池 GSユアサ 古 河 電 池 パナソニック 新 神 戸 電 機 Johnson Control( 米 ) 多 くの 中 国 メ ーカー 40 Wh/kg (167 Wh/kg) 二 酸 化 鉛 鉛 (Pb) コストが 安 い 長 年 の 実 績 が ある エネルギー 密 度 が 低 いため 容 量 を 増 やす と 重 くなる 車 載 用 電 池 ( 起 動 用 ) 産 業 機 器 用 電 池 ニッケル カドミウム 電 池 パナソニッ クGr ソニー 東 芝 GSユアサ 60 Wh/kg 水 酸 化 ニッケル 水 酸 化 カドミウム 出 力 が 大 き い エネルギー 密 度 が 低 い カドミウム を 使 用 民 生 用 ( 減 少 傾 向 ) ( 出 所 ) 各 種 公 表 資 料 を 元 にStepwestが 作 成 ニッケル 水 素 電 池 パナソニッ クGr 川 崎 重 工 業 FDK 100 Wh/kg (196 Wh/kg) 水 酸 化 ニッケル 水 素 吸 蔵 合 金 ニカド 電 池 より 安 全 性 かが 高 い 民 生 用 電 池 ( 減 少 傾 向 ) 車 載 用 電 池 産 業 機 器 用 電 池 リチウム イオン 電 池 パナソニックGr ソニー GSユアサGr 日 立 Gr 東 芝 LG( 韓 ) SamSung( 韓 ) 米 国 のベンチャ ー 企 業 多 数 200 Wh/kg (583 Wh/kg) 遷 移 金 属 酸 化 物 (Co, Mn, Ni) リン 酸 鉄 (FePO) 三 元 型 黒 鉛 系 炭 素 材 料, シリコン(Si) チタン 酸 (TiO) エネルギー 密 度 が 高 いため 少 量 で 高 容 量 が 可 能 出 力 も 大 きい 小 型 民 生 用 は 技 術 的 に 成 熟 民 生 用 電 池 定 置 用 蓄 電 池 車 載 用 電 池 産 業 機 器 用 電 池 NaS 電 池 日 本 ガイシ 東 京 電 力 住 友 電 気 工 業 米 国 のベンチ ャー 企 業 多 数 ( 量 産 には 至 って 居 ない) 130 Wh/kg (786 Wh/kg) 硫 黄 (S) ナトリウム (Na) コストが 安 い コンパクトで 長 寿 命 (15 年 ) 運 転 に 高 温 維 持 (300 )が 必 要 ナトリウムの 可 燃 性 が 高 い 定 置 用 蓄 電 池 ( 系 統 安 定 化 用 ) レドックス フロー 電 池 住 友 電 気 工 業 オーストラリ アや 米 国 のベ ンチャー 企 業 多 数 ~10 Wh/kg (103 Wh/kg) バナジウム (4 価 ) バナジウム (3 価 ) エネルギー 密 度 は 低 いが 構 造 が 単 純 で 大 型 化 しやす い 定 置 用 蓄 電 池 ( 系 統 安 定 化 用 ) 比 較 項 目 鉛 蓄 電 池 ニッカド 電 池 ニッケル 水 素 電 池 リチウム イオン 電 池 NaS 電 池 レドックス フロー 電 池 サイズ 重 量 メモリー 効 果 大 電 流 放 電 コスト 温 度 環 境 性 ( 出 所 ) 各 種 公 表 資 料 を 元 に Stepwest が 作 成

26 エネルギー 保 存 システム リチウムイオン 二 次 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 の 一 般 的 特 徴 リチウムイオン 二 次 電 池 (lithium-ion rechargeable battery)とは 非 水 電 解 質 二 次 電 池 の 一 種 で 電 解 質 中 の リチウムイオン(Li + ) が 電 気 伝 導 を 担 う 二 次 電 池 である 蓄 電 の 仕 組 みがそれまでの 電 池 とは 異 なり 化 学 反 応 を 起 こすのではなく 正 極 と 負 極 の 間 をリ チウムイオンが 移 動 することで 充 電 放 電 が 行 われる (リチウムイオンは 各 電 極 に 収 納 され るのであって 化 学 反 応 を 起 こす 訳 では 無 い ) 歴 史 構 造 1979 年 に 最 初 の 製 品 化 が 行 われた(ソニー) 以 来 その 以 前 に 一 般 的 であった ニッケルカドミウム 二 次 電 池 や ニッケル 水 素 二 次 電 池 と 比 較 してエネルギー 密 度 が 二 倍 以 上 高 いため モバイル 機 器 向 けを 中 心 に 一 気 に 採 用 が 広 がっている 代 表 的 な リチウムイオン 二 次 電 池 では 正 極 に リチウム 遷 移 金 属 酸 化 物 ( 例 コバ ルト 酸 リチウム マンガン 酸 リチウム 等 ) 負 極 に 炭 素 電 解 質 に 有 機 溶 媒 ( 炭 酸 エチレンや 炭 酸 ジエチル)と リチウム 塩 (LiPF 6 )を 使 う なお リチウム 二 次 電 池 というと 金 属 リチウム 二 次 電 池 をさす 場 合 が 多 く こ れは リチウムイオン 二 次 電 池 とは 違 う 種 類 の 電 池 である また 単 に リチウム 電 池 というと 充 電 が 出 来 ない 一 次 電 池 をさす 場 合 がある メリット デメリット 非 水 系 の 電 解 液 を 使 用 するため 水 の 電 気 分 解 電 圧 を 超 える 高 い 電 圧 が 得 られ エネルギー 密 度 が 高 い 同 じ 質 量 で 比 較 するとニッケル 水 素 電 池 の3 倍 鉛 蓄 電 池 の7 倍 程 度 の 電 気 を 蓄 えることができる メモリー 効 果 が 小 さく 携 帯 電 話 やハイブリッドカーなどの 継 ぎ 足 し 充 電 をする 機 器 に 適 している 電 解 液 に 水 溶 液 を 使 用 しないため 氷 点 下 の 環 境 でも 使 用 できる ( 危 険 性 との 裏 返 しであるが) 金 属 リチウム 二 次 電 池 に 対 する 最 大 の 利 点 は 充 放 電 の 繰 り 返 しに 伴 い 電 極 にデンドライト 状 ( 樹 枝 状 晶 )リチウムが 析 出 して 電 極 を 短 絡 させる 現 象 がほぼ 発 生 しないことにある 自 己 放 電 特 性 ( 充 電 エネルギーの 保 持 特 性 )はニカド 電 池 やニッケル 水 素 電 池 より 格 段 によい Ni-MH(ニッケル 水 素 )2 次 電 池 よりも 内 部 抵 抗 が 少 ないため 充 放 電 に 伴 う 損 失 を 減 らせる( 充 放 電 効 率 が 良 い) ( 電 気 自 動 車 やハイブリ ッド 車 に 採 用 された 場 合 Ni-MH に 比 べて 燃 費 ( 電 費 )が 向 上 する ) 常 用 領 域 と 危 険 領 域 が 非 常 に 接 近 していて 安 全 性 確 保 のために 充 放 電 を 監 視 する 保 護 回 路 (BMS 13 )が 必 要 である これは 充 電 時 に 電 圧 が 上 昇 する 際 に 正 極 および 負 極 が 極 めて 強 い 酸 化 状 態 還 元 状 態 に 置 かれ 他 の 低 電 圧 の 電 池 に 比 べて 材 料 が 不 安 定 化 しやすいためである 過 度 に 充 電 すると 正 極 側 のリチウムイオンがどんどん 負 極 に 引 っ 張 られ る このため 正 極 側 では 電 解 液 の 酸 化 結 晶 構 造 の 破 壊 により 発 熱 し 負 極 側 では 過 剰 な Li イオンが 金 属 Li として 堆 積 する この Li は 活 性 13 BMS : Battery Management System

27 エネルギー 保 存 システム 27 なので 80 くらいで 熱 暴 走 する 恐 れがある また 堆 積 した 金 属 Li が セパレータを 物 理 的 に 突 き 破 ると 正 負 極 の 短 絡 が 生 じ 大 電 流 が 流 れ る 電 池 を 急 激 に 劣 化 させるだけでなく 最 悪 の 場 合 は 破 裂 発 火 する したがって 充 電 においては 極 めて 高 い 精 度 ( 数 十 mv のレベル)で の 電 圧 制 御 が 必 要 である 過 放 電 では 正 極 のコバルトが 溶 出 したり 負 極 の 集 電 体 の 銅 が 溶 出 し てしまい 二 次 電 池 として 機 能 しなくなる この 場 合 も 電 池 の 異 常 発 熱 に 繋 がる エネルギー 密 度 が 高 いために 短 絡 時 には 急 激 に 過 熱 する 危 険 性 が 大 きい さらに 有 機 溶 剤 の 電 解 液 が 揮 発 し 発 火 事 故 を 起 こす 恐 れがある 短 絡 は 外 力 が 加 わることで 電 池 内 部 で 発 生 する 場 合 もあり 衝 撃 に 対 す る 保 護 も 必 要 である リチウムイオン 二 次 電 池 の 動 作 原 理 について (1) 放 電 後 の 状 態 放 電 により リチウムイオンが 正 極 に 戻 っ てきている これらのリチウムイオンは 正 極 材 料 の 層 状 構 造 や 格 子 構 造 の 中 に 捉 えられている (インサーションされている) 両 極 とも 静 電 気 的 にバランスしている ( 帯 電 していない ) 両 電 極 間 の 電 位 差 が 小 さくなっている (なお 加 放 電 状 態 になると 電 位 差 が 無 くな り 危 険 である ) (2) 充 電 時 の 動 作 外 部 電 源 より 正 極 (カソード)に 高 い 正 電 圧 がかけられる( 通 常 4.5V 程 度 ) この 外 部 電 源 により 正 極 から 電 子 を 引 き 抜 き この 電 子 を 負 極 に 押 し 込 む これに より 負 極 材 料 に 電 子 が 集 まり マイナスに 帯 電 する プラスに 帯 電 している リチウムイオン(Li + ) は 正 極 の 構 造 体 から 脱 離 し 電 子 が 十 分 に ありマイナスに 帯 電 している 負 極 に 吸 い 寄 せ られて 行 く このさい 正 極 材 料 中 ( 例 えば LiCoO 2 )の 遷 移 金 属 ( 例 えばコバルト Co)は 電 子 を 失 い Co 3+ Co 4+ 等 になる 負 極 に 多 く 使 われるグラファイトは 炭 素 原 子 (C)が 単 層 の 六 角 構 造 (ハニカム)をなし この 六 角 構 造 が 層 状 をなしている( 右 図 ) この 層 同 士 はファンデルワールス 力 でゆるく 結 びついているが 正 極 から 移 動 してきたリ チウムイオンは この 層 間 (3.35A =0.335nm) 図 3-3 リチウムイオン 電 池 の 充 電 時 の 動 作 ( 出 典 :Stepwest 作 成 ) 図 3-4 グラファイトの 構 造 炭 素 原 子 が6 角 格 子 をなして 層 状 となり 各 層 はゆるく 結 合 している ( 出 典 :Stepwest 作 成 )

28 エネルギー 保 存 システム 28 や 六 角 構 造 の 中 にゆるく 捉 われる(インタカレートされる) (3) 充 電 完 了 時 の 状 態 負 極 では 外 部 電 源 による 充 電 で 増 えた 電 子 (e - )と 正 極 から 移 動 してきたリチウムイオン (Li + )が 静 電 気 的 にバランスしている 電 子 (e - )は 炭 素 のグラファイト 構 造 の 中 で 浮 遊 し グラファイトをマイナスに 帯 電 させ これがリチウムイオン(Li + )を 静 電 気 的 に 引 き 寄 せて いる 正 極 では 正 極 材 料 中 の 遷 移 元 素 が 電 子 を 失 う 事 と リチウム 原 子 がイオン 化 (Li + )して 離 脱 したことで やはり 静 電 気 的 にバランスしている それぞれの 極 では 静 電 気 的 にプラスマイナスがバランスしているが 負 極 と 正 極 の 間 には 電 位 差 がある 電 極 材 料 がコバルトと 炭 素 (グラファイト)の 場 合 はその 電 位 差 ( 電 圧 ) は 約 3.7V である (この 状 態 でリチウムイオンが 負 極 から 勝 手 に 正 極 に 移 動 すれば 自 己 放 電 となる ) (4) 放 電 時 の 動 作 電 池 外 部 で 両 電 極 間 に 負 荷 ( 例 えばモーター) がかかる( 電 池 外 部 で 両 電 極 間 に 導 電 性 の 接 続 がなされる) 電 気 的 に 接 続 されると 両 電 極 間 には 電 位 差 があるので 負 極 から 正 極 に 向 かって 電 子 が 流 れる (= 正 極 から 負 極 に 電 流 が 流 れる ) 電 位 差 により 負 極 材 料 から 電 子 が 奪 われ 正 極 材 料 に 電 子 が 与 えられる 負 極 材 料 のグ ラファイト( 炭 素 )の 構 造 の 中 に 蓄 えられていた 電 子 (e - )が 無 くなると 層 間 に 捉 えられて いるリチウムイオン(Li + )を 引 きつけておけなくなる 外 部 の 接 続 により 負 極 より 奪 った 電 子 (e - )が 正 極 に 集 まり マイナスに 帯 電 するので 負 極 に 捉 われていたリチウムイオン(Li + )を 引 き 寄 せる リチウムイオン(Li + )が 正 極 の 構 造 中 に 捉 われ 電 子 を 得 るて Li に 戻 る (5) その 他 正 極 と 負 極 はどちらも 材 料 内 にリチウムイオンがもぐり 込 むことが 出 来 る 構 造 を 取 る この 様 な 構 造 には 層 状 (レイヤー) 構 造 (LiNiO 4, LiCoO 2 グラファイト) 格 子 (スピネ ル) 構 造 (LiMnO 4 ) オリビン 型 構 造 (LiFePO 4 等 )がある リチウムイオン(Li + )が 正 極 や 負 極 内 部 に 移 動 する 事 をインサーション(あるいはインター カレーション インタカレート)と 呼 び 逆 にリチウムイオンが 出 て 行 く 事 をエクストラ クション(またはデインターカレーション デインタカレート)と 呼 ぶ 正 極 材 料 はリチウムイオンの 脱 離 や 収 納 が 容 易 で かつリチウムイオン(Li + )が 脱 離 した 後 も 構 造 が 強 固 であることが 必 要 である 層 状 (レイヤー) 構 造 は 他 の 構 造 に 比 べて リチウムイオン(Li + ) 離 脱 時 に 層 間 に 隙 間 が 開 き 構 造 が 不 安 定 になると 言 われている 負 極 材 料 として 容 量 密 度 が 高 いシリコンやスズに 期 待 が 高 まっているが これらの 原 子 はリチウムイオンがインサーションされた 際 に 体 積 が 数 倍 に 膨 張 するため 構 造 が 不 安 定 に なる リチウムイオン 二 次 電 池 の 各 部 材 について 電 極 の 選 択

29 エネルギー 保 存 システム 29 一 般 には 負 極 正 極 電 解 質 それぞれの 材 料 は リチウムイオンを 移 動 し かつ 電 荷 の 授 受 により 充 放 電 可 能 であればよいので 非 常 に 多 くの 構 成 をとりうる ( 次 ページの NEDO のロードマップの 図 を 参 照 ) 14 前 述 の 様 に 陽 極 負 極 の 電 位 差 と 容 量 密 度 の 積 が 総 合 的 なエネルギー 貯 蔵 能 力 とな るので(1) 容 量 密 度 が 大 きい 事 (2) 陽 極 材 料 と 負 極 材 料 の 電 位 差 が 大 きい 事 が 大 事 である 図 3-5 リチウムイオン 二 次 電 池 に 使 われる 各 種 の 電 極 材 料 (NEDO の 二 次 電 池 ロードマップ 2013 を 元 に Stepwest が 追 加 編 集 して 作 成 ) 正 極 モバイル 機 器 向 けの 小 型 のリチウムイオン 電 池 の 多 くは コバルト 酸 リチウム (LiCoO 2 ) を 正 極 に 使 う 事 が 多 い しかし LiCoO 2 を 用 いた 正 極 材 料 のエネルギー 密 度 は 160 Ah/kg と 小 さく 負 極 材 料 に 比 べて 遅 れており 正 極 材 料 の 高 容 量 化 が 必 要 となっている 定 置 向 けや 自 動 車 向 けでは 正 極 にコバルトを 用 いる 構 成 (LiCoO 2 )は 難 しいと 考 えら れている これはそのエネルギー 密 度 だけでなくコバルトが 戦 略 物 質 と 言 えるレアメ タルであり 大 量 に 使 用 するには 価 格 面 や 供 給 面 でリスクが 大 きいことも 要 因 である 14 NEDO 資 料 を 元 に Stepwest が 一 部 追 加

30 エネルギー 保 存 システム 30 そのため 3 元 系 (NMC:ニッケル-マンガ ン-コバルト NCA:ニッケル-コバルト-ア ルミニウム) マンガン(Mn) 系 リン 酸 鉄 (FeP) 系 等 の 正 極 材 料 への 適 用 が 進 ん でいる なお マンガン 系 や リン 酸 鉄 系 は エネルギー 密 度 では コバルト 系 や ニッケル 系 に 劣 るが コストや 安 全 性 の 面 ( 温 度 が 上 がっても 酸 素 を 放 出 し にくい)では 優 れるとされている 将 来 的 には エネルギー 容 量 の 大 きな 硫 黄 (S) 系 の 正 極 への 適 用 が 期 待 されている (ただし 電 位 は 低 くなる ) 図 3-6 正 極 材 料 の 過 去 の 出 荷 推 移 ( 出 典 :フランスの 調 査 会 社 の avicenne energy 社 によ る) また 酸 素 ( 空 気 )は 更 にエネルギー 容 量 の 大 きな 正 極 材 料 である ( 重 さや 体 積 が ゼロであるので エネルギー 密 度 (Wh/kg や Wh/L)が 非 常 に 大 きい ) フランスの 調 査 会 社 の avicenne energy 社 による 2000 年 から 2012 年 までの 正 極 材 料 の 出 荷 推 移 (トン)を 図 3.6 に 示 す コバルト 系 の 正 極 材 料 は 伸 び 悩 み 三 元 系 マンガ ン 系 リン 酸 鉄 系 が 増 えている 2012 年 の 時 点 では LCO(コバルト 系 )がまだ 39%と 多 いが NMC や NCA の 三 元 系 が 増 えてきている また マンガン 系 も 18% 程 度 を 占 める なお コバ ルト 系 はその 多 くがモバイル 機 器 向 けだと 考 えられる 同 じ 調 査 会 社 による 2025 年 ま での 予 想 出 荷 量 (トン)を 図 3.7 に 示 す 15 この 予 想 では 3 元 系 (NMC:ニッケル-マンガン- コバルト) が 一 番 伸 び その 次 は リン 酸 鉄 系 が 伸 びるとなっている 負 極 現 在 リチウムイオン 二 次 電 池 の 負 極 に 一 番 多 く 使 わ れている 材 質 はグラファイ 図 3-7 正 極 材 料 の 今 後 の 出 荷 予 想 ( 出 典 :フランスの 調 査 会 社 の avicenne energy 社 に ト( 黒 鉛 : 人 造 天 然 )である 充 電 によりリチウムイオンが 正 極 から 負 極 に 移 動 してくるが リチウムイオンが 負 極 材 料 ( 炭 素 )と 化 学 反 応 を 起 こす 訳 では 無 く 層 状 構 造 をとる 負 極 材 料 の 層 間 に 挿 入 される 15

31 Tons エネルギー 保 存 システム 31 The worldwide Battery market 右 図 は 人 造 黒 鉛 の 写 真 である( 日 立 ケミカルのウエブサイトより) グラファイト( 黒 鉛 )の 最 大 理 論 容 量 値 は 372 mah/g である 実 際 の 製 品 では 200mAh/g 程 度 であると 思 わ れる BATTERIES 2013 October 14-16, 2013 Nice, FRANCE 正 極 + 負 極 の 組 合 せ Christophe PILLOT c.pillot@avicenne.com 炭 素 系 で は 無 く チ タ ン 酸 化 物 (TiO 2 ) を 負 極 に 用 いるリチウムイ ANODE オン 二 次 電 池 も 東 ACTIVE 芝 により 実 用 化 MATERIALS さ れている これは 高 速 充 放 電 が 可 能 TONS IN 2012 で 安 全 であるという 利 点 はあるが 炭 素 系 材 料 と 同 様 に 理 論 容 量 が 小 さ LIB Anode Materials いという 短 所 がある 図 3-9 は フランスの 調 査 会 社 の avicenne energy 社 の 予 想 による 陰 極 材 料 別 の 2006 年 から 2012 年 までの 出 荷 量 (トン)の 実 績 である 天 然 黒 鉛 ( 天 然 グラファイト)が 約 60% 人 造 黒 鉛 (ソフトカーボン ハードカーボン)が 約 25% メ ソフェーズやアモルフォス( 非 結 晶 )カーボン チタン 酸 リチウム 他 が 残 りである Source: A. Jossen, IRES 2007 LIB Anode Materials 1,2 1,0 出 荷 中 の 自 動 車 向 けのリチウムイオン 二 次 電 池 に 限 定 した 場 合 正 極 Si 負 or Sn 極 Type 材 料 の 選 0,8 択 は 下 表 の 様 になっている 16 0,6 この 0,4 表 で 見 る 様 に 正 極 にコバルト 系 を 用 いるリチウムイオン 二 次 電 池 Meso-Phase は 大 手 の 自 動 車 0,2向 けに 関 する 限 り 皆 無 である 0,0 電 荷 の 移 動 にリチウムイオンを 使 う 限 りに 於 いて 全 て リチウムイオン Natural 二 次 Graphite 電 池 で あるが その 特 性 はそれぞれ 異 なり 本 レポートでは 次 節 以 降 でそれぞれの 特 性 を 纏 Source: Sanyo, March 2011 める 図 3-8 負 極 材 料 の 推 移 ( 出 典 :フランスの 調 査 会 社 avicenne energy 社 のグラフを 元 に Stepwest が 日 本 語 の 注 を 追 加 ) Source: Hitachi Chemical LIB Anode market, (Tons) 図 3-9 人 造 黒 鉛 ( 出 典 : 日 立 ケミカルのウエ ブサイトより) LTO Amorphous Carbon Artificial Graphite 16 メーカー 正 極 材 料 負 極 材 料 搭 載 車 両 例 オートモー ティブエネ ジー サプライ マンガン 系 カーボン 系 富 士 重 工 プラグイ ンステラ 日 産 リー フ マツダ リチウムエ パナソニック ブルーエナ 日 立 ビークル ナジージャ 東 芝 パナソニック ( 旧 三 洋 電 ジー エネジー パン 機 ) マンガン 系 3 元 系 マンガン 系 マンガン 系 ニッケル 系 3 元 系 カーボン チタン 酸 カーボン 系 カーボン 系 カーボン 系 カーボン 系 系 リチウム ホンダ シ 三 菱 自 動 車 テスラ ビックハイ GM - Audi i-miev モデル S ブリッド 16 色 々な 資 料 を 元 に Stepwest が 作 成

32 エネルギー 保 存 システム 32 各 種 公 表 資 料 を 元 に Stepwest が 作 成 電 極 剤 ( 正 極 負 極 )の 詳 細 は 添 付 資 料 を 参 照 の 事 電 解 質 の 選 択 電 解 質 は 電 池 の(1) 入 出 力 特 性 (2) 寿 命 (3) 安 全 性 (4) 電 圧 に 直 接 関 わる 電 池 の 重 要 な 材 質 である 電 解 質 には 下 記 が 要 求 される 1 広 い 温 度 範 囲 で 高 いリチウムイオン 伝 導 性 を 示 すこと 2 電 気 的 安 定 性 ( 耐 酸 化 性 耐 還 元 性 に 優 れ 広 い 電 位 窓 を 持 つこと) 3 化 学 的 安 定 性 ( 熱 的 安 定 性 活 物 質 その 他 の 物 質 と 反 応 しないこと) 4 人 体 や 環 境 への 負 荷 が 低 いこと 5 安 価 であること 特 にリチウムイオン 電 池 の 適 用 が 期 待 される HEV(ハイブリッド 車 )や PHV(プラグインハ イブリッド 車 )では 加 速 時 に 電 池 (+モーター)が 用 いられるため 高 出 力 ( 一 気 にエ ネルギーを 放 出 可 能 な 事 )が 要 求 されるため 電 解 質 には 高 いイオン 導 電 性 が 要 求 される そのため 有 機 電 解 質 よりもイオン 導 電 性 が 低 い 有 機 (または 無 機 ) 固 体 電 解 質 を 使 用 する 際 は 薄 膜 化 してイオン 導 電 性 を 高 くする 必 要 があるが 一 定 の 厚 さ 以 下 では 正 極 と 負 極 の 短 絡 に 繋 がるため 高 い 成 膜 技 術 が 必 要 である また 有 機 系 電 解 液 は 基 本 的 に 引 火 点 を 持 つことから リチウムイオン 電 池 の 本 質 的 な 安 全 性 向 上 のために イオン 液 体 電 解 質 有 機 固 体 (ポリマー) 電 解 質 無 機 固 体 電 解 質 等 の 開 発 が 望 まれている セパレータ リチウムイオン 二 次 電 池 の 安 全 性 確 保 はセパレーターに 寄 るところかも 大 きい 微 細 な 孔 が 開 いている 厚 さ 25μm 程 度 の 薄 いフィルム(*)で 作 られる 事 が 多 いが 異 物 等 で 短 絡 が 起 きる 事 がある(*:ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)といった 微 多 孔 性 膜 ) 異 常 な 電 池 温 度 の 上 昇 があった 場 合 セパレーターの 収 縮 により 内 部 短 絡 が 発 生 するのを 17 防 止 するというシャットダウン 機 能 や 耐 熱 性 に 優 れるセパレーターの 開 発 が 主 要 な 要 素 技 術 といえる 最 近 では 従 来 のセパレータの 表 面 にセラミックス 層 を 設 けて, 耐 熱 性 を 高 める 対 策 や も ともと 耐 熱 性 が 高 いセルロースとポリエチレンテレフタレート(PET)を 用 いた 不 織 布 セパ レータを 用 いる 方 式 が 提 案 されている 17 シャットダウン 機 能 = 内 部 短 絡 した 場 合, 微 多 孔 性 膜 であるセパレータが 溶 解 し, 短 絡 した 部 分 の 孔 をふさぎ,イオ ンの 伝 導 を 止 められる 機 能 のこと

33 エネルギー 保 存 システム 33 コラム: リチウム 資 源 について リチウムは 白 銀 色 の 軟 らかい 元 素 であり 全 ての 金 属 元 素 の 中 で 最 も 軽 く 比 熱 容 量 は 全 固 体 元 素 中 で 最 も 高 い リチウム 元 素 は 地 殻 中 にわずか 0.002%しか 存 在 しないレアメタルである リチウムは 現 在 世 界 の 約 7 割 のシェアを 南 米 (チリ)の 塩 で 生 産 する 既 存 メー カー3 社 が 占 めている 日 本 は 現 在 その 全 量 を 海 外 (チリ 中 国 ロシア アメリカなど)からの 輸 入 に 依 存 しており また 産 出 国 が 限 られることから 政 情 などに 価 格 が 左 右 されて いる 2011 年 のリチウム 鉱 石 の 生 産 量 を 下 記 する 1 位 チリ 12,600 トン 図 3-10 金 属 リチウム 2 位 オーストラリア 9,260 トン ( 出 典 :WikiPedia) 3 位 中 華 人 民 共 和 国 5,200 トン 4 位 アルゼンチン 3,200 トン コラム:グラファイトとグラフェンと CNT グラファイト(graphite 石 墨 黒 鉛 ) 負 極 に 使 われる 事 が 多 い 黒 鉛 (グラファイト)は 右 図 の 様 な 層 状 になっており この 層 の 間 に リチウムイオン が 入 り 込 む(インサーションす る) 事 が 出 来 る グラファイトは 炭 素 から 成 る 元 素 鉱 物 で 六 方 晶 系 で 六 角 板 状 結 晶 である 構 造 は 亀 の 甲 状 の 層 状 物 質 で 層 毎 の 面 内 は 強 い 共 有 結 合 (sp2 的 )で 炭 素 間 が 繋 がっているが 層 と 層 の 間 ( 面 間 )は 弱 いファンデルワールス 力 で 結 合 している それゆえ 層 状 にはがれる(へき 開 完 全 ) 電 子 状 態 は 半 金 属 的 である グラフェン グラファイトが 剥 がれて 厚 さが 原 子 一 個 分 しかない 単 一 層 となったもの 金 属 と 半 導 体 の 両 方 の 性 質 を 持 つ カーボンナノチューブ(CNT) この 原 子 1 個 分 の 層 がチューブ 状 になった 物 が カーボ ンナノチューブ(CNT) である 図 3-12 グラファイトの 構 造 ( 出 典 :Stepwest 作 成 ) 図 3-11 カーボンナノ チューブ(CNT)の 構 造 ( 出 典 :WikiPedia) コラム:グラファイト/ソフトカーボン/ハードカーボンの 違 い リチウムイオン 二 次 電 池 の 負 極 材 料 はその 開 発 の 過 程 で 下 記 の 様 に 進 化 してい る 第 一 世 代 : ハードカーボン

34 エネルギー 保 存 システム 34 第 二 世 代 : グラファイト( 黒 鉛 ) 第 三 世 代 : グラファイト( 黒 鉛 ) ソフトカーボン チタン 酸 化 物 ( 現 在 ) 次 世 代 : スズやシリコンの 合 金 炭 素 系 のナノ 構 造 (CNT 他 ) グラファイト( 黒 鉛 )やソフトカーボン( 易 黒 鉛 化 性 炭 素 )は 多 数 の 炭 素 六 角 網 面 が 積 層 した 層 状 構 造 をなしており この 層 間 にリチウムイオンが 挿 入 / 脱 離 され る ハードカーボン( 難 黒 鉛 化 性 炭 素 )も 炭 素 六 角 網 面 が 積 層 した 層 状 構 造 をしてい るが 積 層 数 が 数 層 程 度 であり 結 晶 の 広 がりも 小 さく それらがランダムに( 立 体 的 に) 配 置 され その 層 間 や 結 晶 間 にリチウムイオンが 挿 入 / 脱 離 される 18 ハードカーボンとは 樹 脂 などの 原 材 料 を 焼 成 して 炭 素 化 した 後 更 に 高 温 処 理 し ても 黒 鉛 (グラファイト)になりにくい 材 料 の 総 称 実 際 に 黒 鉛 に 比 べて 硬 いとい う 性 質 も 持 つ ソフトカーボンは コークスなどの 高 温 処 理 で 黒 鉛 (グラファイト)になりやす く しかも 柔 らかい 1992 年 頃 にリチウムイオン 二 次 電 池 がカムコーダーなど 携 帯 機 器 向 けの 実 用 化 され た 時 に 最 初 に 負 極 材 料 に 用 いられたのはハードカーボンであった しかし ハード カーボンは 放 電 量 に 比 例 する 様 に 負 極 電 位 が 上 昇 し その 結 果 出 力 電 圧 ( 正 極 電 位 負 極 電 位 )が 低 下 すると 言 う 問 題 があり グラファイト( 黒 鉛 )に 置 き 換 わって いったという 歴 史 がある 19 近 年 ハードカーボンの 持 つ 下 記 の 特 徴 が 見 直 されている 非 常 に 硬 い 為 にリチウムイオンを 吸 蔵 した 際 に 黒 鉛 (グラファイト)に 比 べて 体 積 変 化 が 少 ない( 安 全 ) リチウムイオンの 吸 収 と 放 出 が 早 い( 急 速 充 放 電 にむく) 低 温 にも 強 い(-40 でも 動 作 ) 比 容 量 が 黒 鉛 の 370mAh/g に 対 して 600mAh/g 以 上 出 力 電 圧 が 下 がる 問 題 点 はあるが 使 用 方 法 で 回 避 出 来 れば ハードカーボンも 次 世 代 向 けに 有 力 な 負 極 材 料 である

35 エネルギー 保 存 システム コバルト 系 リチウムイオン 二 次 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 の 原 型 である 特 徴 正 極 材 料 として コバルト 酸 リチウム(LiCoO 2) を 負 極 材 料 として 炭 素 系 (グラフ ァイト 等 ) を 用 いる 1991 年 に 初 めてリチウムイオン 二 次 電 池 が 製 品 化 されて 以 来 この 構 造 がマジョリティを 占 めてきた モバイル 機 器 向 けの 小 型 のリチウムイオン 電 池 の 多 くは 今 でもこの 組 合 せを 使 う 事 が 多 い 前 節 のリチウムイオン 二 次 電 池 の 特 徴 の 多 くは この 組 合 せでの 特 徴 をさす メリット 他 の 正 極 材 料 ( 例 えばマグネシウム 正 極 材 料 )に 比 べて 電 圧 ( 正 極 と 負 極 の 間 の 電 位 差 )が 3.7V と 大 きい このため エネルギー 密 度 (Wh/kg)が 大 きくなる 20 年 間 の 実 績 がある デメリット コバルトが 高 価 であり また 産 出 国 が 限 られ 将 来 の 供 給 不 安 が つきまとう 過 放 電 時 に 正 極 のコバルトが 溶 出 し 二 次 電 池 として 使 えなく なる 恐 れがある コバルト 酸 リチウムは 比 較 的 低 い 温 度 (220 近 辺 )で 酸 素 を 放 出 し 発 火 の 恐 れがある 今 後 の 方 向 この 組 合 せを 用 いたコバルト 系 リチウムイオン 二 次 電 池 は モバイル 機 器 向 けに 多 く 使 わ れるが 低 価 格 化 /コモディティ 化 が 急 速 に 進 み アジア 各 国 のメーカーによる 製 造 が 急 増 している コバルト 酸 リチウム(LiCoO 2 )を 用 いた 正 極 材 料 の 容 量 密 度 は 160 mah/g であり マンガン 系 等 や 三 元 系 に 比 べると 高 い 容 量 密 度 をもつので 小 さな 容 積 に 多 くのエネルギーを 詰 め 込 む 必 要 があるモバイル 機 器 向 けには 今 後 も 使 われると 思 われる 近 年 安 全 性 とコスト 低 減 (コバルトを 使 わない)を 図 る 為 に 以 下 の 節 に 述 べる 様 に 各 種 の 改 良 型 リチウムイオン 二 次 電 池 が 使 われだした 2000 年 代 に 頻 発 したモバイル 機 器 での 火 災 事 故 の 反 省 から 製 造 時 に 誤 って 入 った 異 物 の 出 荷 前 の 検 出 や より 安 全 なセパレータや 電 解 液 の 使 用 や 過 放 電 や 過 充 電 にならないよ うなバッテリーセル 管 理 技 術 が 著 しく 向 上 し 安 全 性 が 向 上 した

36 エネルギー 保 存 システム マンガン 酸 リチウムイオン 二 次 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 の 一 種 である 正 極 材 料 として コバルト 酸 リチウム では 無 く マンガン 酸 リチウム を 用 いる メリット 過 充 電 状 態 でも 結 晶 構 造 が 変 化 しない 出 力 密 度 が 良 い ( 一 気 に 放 電 出 来 る) マンガンは 埋 蔵 量 が 豊 富 で 市 場 価 格 が 安 く 安 定 している デメリット 寿 命 特 性 が 悪 い(ニッケル 酸 リチウムを 配 合 することと 電 解 液 の 改 良 によってこの 弱 点 を 克 服 している) 下 記 の 会 社 がマンガン 酸 リチウムを 正 極 材 として 採 用 している オートモーティブエナジーサプライ(AESC: 日 産 +NEC の 合 弁 ) 日 立 ビークルエネジー 東 芝 リチウムエナジージャパン(GS ユアサ+ 三 菱 系 の 合 弁 ) 右 の 写 真 はニッサンリーフに 採 用 されているラミネート 型 のセルでオートモーティブエナジーサ プライが 生 産 しているが NEC が 生 産 するマンガン 系 正 極 が 用 いられている 20 マンガン 系 の 正 極 はコバルト 系 に 比 べて 下 表 のようなメリットがある 21 マンガン 系 正 極 コバルト 系 正 極 出 力 密 度 エネルギー 密 度 過 充 電 に 対 する 安 全 性 寿 命 主 元 素 材 料 コスト 主 元 素 環 境 への 影 響 図 3-13 ラミネート 型 のマ ンガン 系 リチウムイオン 二 次 電 池 (オートモーティブ エナジーサプライ 社 ホーム ページより) AESC のウエブサイトによる

37 エネルギー 保 存 システム 37 正 極 のマンガン 酸 リチウムは 層 状 構 造 では 無 く スピネル 構 造 ( 22 )を 取 る 場 合 が 多 いが そ の 特 徴 は 下 記 である 過 充 電 でも 安 定 している 一 般 的 に リチウムイオン 二 次 電 池 では 充 電 時 に 正 極 材 からリチウムイオンが 抜 け 出 し 負 極 材 と 結 びつくが この 際 に 正 極 材 料 が 構 造 的 に 不 安 定 になる 事 がある しかし マン ガン 酸 リチウムはマンガンが 格 子 状 になった スピネル 構 造 であるため 充 電 時 に リチウムイオンが 無 くなった 場 合 でも 安 定 している これに 比 べて ニッケルやコバルトは 層 状 構 造 を 取 るため リチウムイオンの 出 入 り に 際 して 構 造 が 不 安 定 になる 図 3-14 左 がコバルト 酸 リチウム 等 の 層 状 構 造 右 がマンガン 系 のスピネル 構 造 リチ ウムイオンが 脱 離 した 際 にも 結 晶 構 造 が 安 定 している ( 日 産 NEC の 発 表 資 料 より) 22 天 然 の 鉱 物 (スピネル:MgAl 2 O 4 )に 代 表 される AB 2 O 4 型 の 無 機 化 合 物 に 多 く 出 現 する 結 晶 構 造 リチウムマンガン 酸 化 物 系 では 最 も 代 表 的 な 構 造 であり マンガン 酸 化 物 の 形 成 する 骨 格 構 造 の 隙 間 に リチウムイオンのトンネル 構 造 が3 次 元 的 に 交 差 している リチウムイオンの 脱 離 挿 入 反 応 に 伴 って 格 子 体 積 の 変 化 が 大 きいことが 問 題 とされている

38 エネルギー 保 存 システム リン 酸 鉄 リチウムイオン 二 次 電 池 (LFP) リチウムイオン 二 次 電 池 の1 種 である 正 極 材 料 として コバルト 酸 (LiCoO 2 ) では 無 く リン 酸 鉄 (LiFePO 4 を 用 いる 正 極 材 料 にコバルトを 使 用 する 形 式 よりも 資 源 的 な 制 約 が 少 なく 北 米 や 中 国 を 中 心 に 近 年 シェ アを 拡 大 している 正 極 材 料 にコバルトを 使 用 する 形 式 よりも 資 源 的 な 制 約 が 少 ない メリット 競 合 するコバルト 酸 リチウムイオン 電 池 と 比 較 した 場 合 放 電 できる 電 流 が 多 い 単 位 体 積 あたりの 蓄 電 容 量 がコバルト 酸 リチウムイオン 電 池 よりも 少 な い デメリット 多 くのリン 酸 リチウムイオン 二 次 電 池 は 鉛 蓄 電 池 やコバルト 酸 リチウム イオン 二 次 電 池 よりも 低 い 放 電 率 である リン 酸 鉄 リチウムイオン 二 次 電 池 はコバルト 酸 リチウムイオン 二 次 電 池 よりも 電 圧 が 低 くエネルギー 密 度 が 低 い リン 酸 鉄 リチウムイオン 電 池 の 安 全 性 LiFePO 4 を 正 極 材 料 に 使 用 した リン 酸 鉄 リチウムイオン 二 次 電 池 は コバルト 酸 リチ ウムイオン 二 次 電 池 LiCoO 2 や スピネル 系 マンガンを 使 用 した マンガン 系 リチウムイ オン 二 次 電 池 よりも 熱 的 に 安 定 しており 安 全 である これは Fe-P-O の 結 合 が Co-O 間 の 結 合 よりも 強 力 だからである その 為 短 絡 や 過 熱 等 でも 酸 素 原 子 が 離 脱 するのは 困 難 である この 酸 化 還 元 エネルギーの 安 定 性 はイオンの 移 動 を 助 ける また 800 以 上 の 異 常 な 加 熱 下 においても 焼 け 落 ちるだけである LiCoO 2 は 同 様 の 条 件 下 において 熱 暴 走 する 可 能 性 があるのに 対 して Fe-P-O の 結 合 の 安 定 性 は 危 険 性 を 減 少 さ せる

39 エネルギー 保 存 システム 元 系 リチウムイオン 二 次 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 の 一 種 である 正 極 材 料 として 3つの 元 素 の 化 合 物 を 用 いる コバルト 酸 リチウム(LiCoO 2 ) に 用 いられる 高 価 なコバルトを 減 らせるとともに 熱 的 に 安 定 させる 事 が 出 来 るため 自 動 車 向 けに 採 用 が 拡 大 している 2014 年 時 点 では 下 記 の2 種 類 が 量 産 されている 略 称 化 学 式 内 容 MNC Li(Ni x Mn y Co z )O 2 ニッケル(Ni) マンガン(Mn) コバルト(Co) NCA Li(Ni x Co y Al z )O 2 ニッケル(Ni) コバルト(Co) アルミニウム( Al) MNC に 関 しては ニッケル(Ni) マンガン(Mn) コバルト(Co)の 比 率 を 1:1:1にし た 材 料 や さらにコバルトを 減 らして 45:45:10 にした 材 料 が 実 用 化 されている 23 三 元 系 (MNC)の 自 動 車 用 リチウムイオン 二 次 電 池 は パナソニック( 三 洋 電 機 )が VW の HEV 向 け に ブルーエナジー(GS ユアサ+ホンダ)がホンダの HEV 向 けに 量 産 している 正 極 材 料 にコバルトを 使 用 する 形 式 よりも 資 源 的 な 制 約 が 少 なく 北 米 や 中 国 を 中 心 に 近 年 シェ アを 拡 大 している コバルトを 減 らせるので 安 価 メリット 熱 的 に 安 定 デメリット コバルトのみを 用 いた 場 合 に 比 べて 安 定 ではあるが それでも 火 災 時 における 酸 素 の 放 出 による 燃 焼 が 懸 念 されている チタン 酸 リチウムイオン 二 次 電 池 (LTO) リチウムイオン 二 次 電 池 の 一 種 である 負 極 に チタン 酸 リチウム(LTO) を 使 用 する 24 前 節 までは 正 極 材 料 の 改 良 版 であったが この 電 池 は 負 極 材 料 の 改 良 である 過 去 リチウムイオン 電 池 の 性 能 向 上 に 大 きく 貢 献 してきた 炭 素 系 負 極 は, 理 論 的 な 限 界 に 近 づいている そのため, 次 世 代 の 材 料 として 合 金 系 や 酸 化 物 系 の 研 究 が 行 われている チタン 酸 リチウム(LTO) 負 極 の 良 い 点 は 炭 素 系 負 極 材 料 に 比 べ 熱 安 定 性 に 優 れる 事 である 負 極 に 炭 素 材 料 を 使 用 したリチウムイオン 電 池 では 内 部 短 絡 が 起 こると 負 極 に 一 気 に 電 流 が 流 れ 負 極 温 度 が 急 上 昇 する しかし 酸 化 チタンは 炭 素 と 異 なり それ 自 身 では 電

40 エネルギー 保 存 システム 40 導 性 を 持 たないため 内 部 短 絡 が 発 生 しても 急 激 に 電 流 が 流 れることがない このため 負 極 の 発 熱 反 応 は 緩 やかである 25 また 体 積 変 化 が 少 なく 1.5 V vs. Li/Li + でリチウムで 吸 蔵 放 出 し 挿 入 脱 離 の 体 積 変 化 が 約 1%である 反 対 に 負 極 電 位 が 高 いために 電 圧 ( 正 極 電 位 負 極 電 位 )が 低 くなり エネルギー 密 度 は 低 くなる メリット デメリット 電 解 液 の 分 解 が 起 きない リチウム 析 出 の 恐 れがない 微 粒 子 化 できるので 高 入 出 力 化 が 可 能 サイクル 特 性 に 優 れる( 電 池 の 劣 化 も 起 きにくい 6000 回 充 放 電 を 繰 り 返 しても 初 期 容 量 の 90% 以 上 の 容 量 を 維 持 する) 低 温 特 性 に 優 れる( 寒 冷 地 で 性 能 が 劣 化 しない) 高 速 充 電 が 可 能 充 電 状 態 の 違 いによる 電 圧 変 化 が 少 ない 電 圧 が 低 い( 公 称 電 圧 は 2.4V 通 常 の Li イオン 2 次 電 池 が 3.6V 程 度 なので, 同 じ 電 圧 を 得 るには 1.5 倍 のセルが 必 要 になる) エネルギー 密 度 が 低 い 高 温 での 電 解 液 分 解 が 起 きやすい 炭 素 よりも 高 コスト 主 成 分 の 酸 化 チタンというのは 絵 の 具 や 塗 料 などに 使 用 されているセラミックスの 一 種 である それをナノレベルの 非 常 に 微 細 な 粉 体 に 加 工 し 電 極 材 料 に 使 用 する 東 芝 が 下 記 の 様 に SCiB として 商 品 化 26 し 先 行 しているが GS ユアサ 社 も 活 発 に 研 究 している 模 様 である 27 産 業 技 術 総 合 研 究 所 と 石 原 産 業 も 新 しいタイプの チタン 酸 リチウム(LTO) を 開 発 発 表 して いる 28 東 芝 の SCiB について 負 極 に チタン 酸 リチウム を 採 用 した 二 次 電 池 の SCiB は 外 部 から 力 が 加 わり 電 池 が 押 し 潰 さ れたり 電 池 内 部 を 金 属 片 が 貫 通 したりするよう な 事 故 が 起 きたとしても 破 裂 や 発 火 することは なく 安 全 性 が 高 いと 言 う 29 性 能 図 3-15 東 芝 が 開 発 したチタン 酸 リチ ウムイオン 電 池 ( 同 社 ホームページよ り) l

41 エネルギー 保 存 システム 41 20Ah 品 の 平 均 電 圧 は 2.3V 体 積 当 たりのエネルギー 密 度 は 176Wh/L 外 形 寸 法 は 103mm 115mm 22mm 容 積 当 たりの 回 生 受 入 れ 能 力 は 常 温 で 約 6000W/L 低 温 で 約 1400W/L と 高 く コンパ クトなサイズで 大 電 流 を 受 入 れ 蓄 電 できる 採 用 東 芝 の SCiB はこれまで 高 容 量 タイプのセル(20Ah)が 三 菱 自 動 車 工 業 の 電 気 自 動 車 i-miev MINICAB-MiEV ホンダの 電 気 自 動 車 フィット EV に 採 用 されてき た 現 在 同 セルが 三 菱 自 動 車 の EV i-miev M や MINICAB-MiEV CD にそれぞれ 10.5kWh ホンダの FIT EV に 20kWh 搭 載 されている この 他 EV バス 向 けにも 開 発 を 進 めているという スズキの 新 型 ワゴン R のアイドリング ストップ 機 構 に 採 用 される これは SCiB の 持 つ 急 速 充 電 性 能 ( 高 回 生 性 能 )や 寿 命 の 長 さ( 低 温 下 など 過 酷 な 使 用 条 件 下 でも 短 絡 や 劣 化 の 原 因 となる Li 金 属 の 析 出 が 発 生 しにくい)などが 評 価 されたとい う 同 セルを 5 個 直 列 につないだ 電 池 モジュールをデンソーが 開 発 し スズキに 供 給 ホンダが 10 年 12 月 発 売 した 業 務 用 電 動 バイク EV-neo(イーブイ ネオ) に 採 用 した

42 エネルギー 保 存 システム リチウムイオンポリマー 二 次 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 の1 種 である 前 節 までは 電 極 ( 正 極 / 負 極 )の 改 良 による 違 いであったが 本 電 池 は 電 解 質 の 改 良 である リチウムイオン 二 次 電 池 の 電 解 質 に 液 体 の 電 解 液 では 無 く ゲル 状 のポリマー( 高 分 子 30 )を 利 用 したもの なお 厳 密 な 定 義 が 無 いため 下 記 のような 色 々な 種 類 がある 1 従 来 の 電 解 液 を 少 量 のポリマーを 用 いて 擬 固 体 化 するもの(もっとも 一 般 的 な 使 い 方 ) 活 物 質 と 電 解 質 の 全 てに 高 分 子 (ポリマー) 材 料 を 使 用 したもの 正 負 極 に 導 電 性 高 分 子 (ポリマー)のドープ 脱 ドープに 伴 う 酸 化 還 元 反 応 を 利 用 して 活 物 質 とするもの 電 解 質 に 液 体 を 用 いず 純 粋 なポリマーと 電 解 質 塩 の 固 溶 体 を 用 いるもの 単 に 電 池 の 外 装 材 にアルミラミネートフィルムを 用 いただけでポリマー 電 池 と 称 するもの ( 中 国 韓 国 メーカーに 見 られる) 最 も 一 般 的 な1のリチウムイオンポリマー 二 次 電 池 の 特 徴 を 下 表 に 纏 める 電 解 質 が 準 固 体 状 態 であるため 液 漏 れしにくい 金 属 の 容 器 が 不 要 なため 薄 く 出 来 る 厚 さ 1mm 程 度 の 非 常 に 薄 い 形 状 の 電 池 や 箱 型 以 外 の 任 意 の 形 状 の 電 池 を 作 れる 単 位 体 積 あたりに 蓄 えられるエネルギー 量 は 液 体 電 解 質 に 比 べて 1.5 倍 であり 同 じ 容 積 なら 駆 動 の 長 時 間 化 同 じ 駆 動 時 間 なら 小 型 軽 量 メリット 化 が 可 能 である 破 壊 しても 電 極 の 短 絡 に 至 る 可 能 性 が 低 く 例 え 短 絡 しても 簡 単 に 炎 上 しない 内 部 が 液 体 ではないため 液 体 を 利 用 する 場 合 に 比 べ 外 力 や 短 絡 過 充 電 などに 対 する 耐 性 が 大 幅 に 向 上 しており 簡 易 な 外 装 で 済 む 単 位 体 積 あたりに 蓄 えられるエネルギーの 量 が 大 きくなり 同 じ 容 積 なら 駆 動 の 長 時 間 化 同 じ 駆 動 時 間 なら 小 型 軽 量 化 が 可 能 になった デメリット 液 体 電 解 質 の 代 わりにゲル 状 のポリマー 電 解 質 を 使 用 しているため 一 般 的 にはリチウムイオン 伝 導 度 が 低 く 充 電 時 間 が 長 い 適 用 モバイル 機 器 ( 携 帯 電 話 デジカメ スマートフォン) 向 けに 急 速 に 採 用 が 増 えている アップル 社 の MacBook Air ipad iphone 等 にはこのリチウムイオンポリマー 二 次 電 池 が 使 われている 31 一 部 のハイブリッド 車 や 電 気 自 動 車 に 使 われるリチウムイオン 二 次 電 池 にも このポリマ ー 構 造 のセルが 用 いられだした 30 ポリマーとは 重 合 体 とも 言 い 複 数 のモノマー( 単 量 体 )が 重 合 する( 結 合 して 鎖 状 や 網 状 になる)ことによって できた 化 合 物 のこと このため 一 般 的 には 高 分 子 の 有 機 化 合 物 である 現 在 では 高 分 子 と 同 義 で 用 いられることが 多 くなっている 31

43 エネルギー 保 存 システム ニッケル 水 素 二 次 電 池 二 次 電 池 の 一 種 で 正 極 に 水 酸 化 ニッケル 負 極 に 水 素 吸 蔵 合 金 電 解 液 に 濃 水 酸 化 カリウム 水 溶 液 (KOH) を 用 いたものである 32 歴 史 元 々は 高 出 力 高 容 量 長 寿 命 の 人 工 衛 星 のバッテリーとして 開 発 が 進 められていた 当 初 はタンクに 圧 縮 された 水 素 を 貯 蔵 していた 1990 年 の 実 用 化 以 降 それまでの 代 表 的 な 小 型 二 次 電 池 であったニッケル カドミウム 蓄 電 池 ( 略 してニカド 電 池 またはニッカド 電 池 )の 2.5 倍 程 度 の 電 気 容 量 を 持 つこと 材 料 にカドミウムを 使 用 せず 環 境 への 影 響 が 少 ないこと 電 圧 がニカド 電 池 と 同 じ 1.2V で 互 換 性 があることが 追 い 風 となり 代 替 が 進 んだ 正 極 材 料 にニッケル 負 極 材 料 に 水 素 の 貯 蔵 も 兼 ねて 水 素 吸 蔵 合 金 であるミッシュメタルを 使 用 している 宇 宙 用 等 一 部 では 水 素 の 貯 蔵 にタンクを 用 いる 種 類 もある だがその 後 より 大 きな 電 気 容 量 のリチウムイオン 二 次 電 池 が 登 場 し 各 種 の 携 帯 機 器 ( 携 帯 電 話 デジタ ルカメラ ノートパソコン 等 )で 急 速 に 置 換 えが 進 ん だ このため ニッケル 水 素 電 池 の 日 本 における 出 荷 数 量 は 2000 年 をピークに 大 幅 に 減 少 し 日 本 の 主 要 メーカーは 次 々に 撤 退 した ハイブリッド 車 への 採 用 その 一 方 で ニッケル 水 素 二 次 電 池 は 安 全 性 の 高 さからトヨタ 自 動 車 本 田 技 研 工 業 のハイブリッドカー(HEV)に 採 用 された ハイブリッドカー 向 けの ニッケル 水 素 二 次 電 池 は 携 帯 機 器 よりはるかに 大 型 であり 出 荷 金 額 は 2003 年 を 底 に 回 復 した なおこの 用 途 の ニッケル 水 素 二 次 電 池 メーカーは 三 洋 電 機 ( 現 パナソニック)のほか プライムアース EV エナジー(パナソニックとトヨタ 自 動 車 の 合 弁 )である なお 電 気 自 動 車 (EV) 向 けは エネルギー 密 度 (バッテリーだけでどれだけの 距 離 を 走 れ るか)が 重 要 な 要 素 であるため リチウムイオン 二 次 電 池 (コバルト 系 正 極 以 外 )の 採 用 が 多 い アイドリングストップ 車 への 採 用 ハイブリッド 車 ではないが 回 生 エネルギーを 回 収 する 車 やアイドリングストップ 機 構 を 有 する 車 が 増 えている この 際 には 起 動 用 の 鉛 電 池 以 外 に 別 の 電 池 が 必 要 になるが 鉛 電 池 と 同 じ 電 圧 を 使 える 事 や エンジンルームに 置 ける 事 よりニッケル 水 素 電 池 の 採 用 が 増 えている 33 メリット 繰 り 返 し 使 える ニカド 電 池 より 容 量 密 度 が 高 い 図 3-16 繰 り 返 し 充 電 可 能 なニッ ケル 水 素 電 池 ( 出 典 :パナソニック 社 ホームページ) 32 metal_hydride_battery 33

44 エネルギー 保 存 システム 44 デメリット カドミウムを 含 まないため ニカド 電 池 より 環 境 負 荷 が 低 い マンガン 電 池 やアルカリ 電 池 などの 一 次 電 池 より ランニングコストを 下 げられ る リチウムイオン 電 池 よりも 高 温 環 境 で 使 える(エンジンルームに 置 ける) 自 然 放 電 が 多 い ただし eneloop 登 場 以 降 は 状 況 が 変 わり 自 然 放 電 の 少 ない 物 が 増 えている マンガン アルカリ 電 池 (1.5V)より 電 圧 が 低 い(1.2V しかない)ため 機 械 的 に 駆 動 する 部 品 (モーターなど)を 持 つ 機 器 (デジタルカメラ CD プレーヤーな ど)では 電 圧 が 不 足 し 正 常 に 利 用 できない 場 合 がある ニカド 電 池 ほど 顕 著 ではないが メモリー 効 果 ( 現 象 )がある ニカド 電 池 に 比 べて 過 放 電 に 弱 い 完 全 に 放 電 してしまうと 電 池 を 傷 めてしまう リチウムイオン 電 池 ほどではないが 破 裂 などの 危 険 性 が 高 い ニカド 電 池 専 用 充 電 器 でニッケル 水 素 電 池 を 充 電 すると 破 裂 することがある ニカド 電 池 との 充 電 器 の 共 用 は ニカド ニッケル 水 素 両 対 応 型 の 充 電 器 でなければならない 負 極 の 水 素 吸 蔵 合 金 にレアアースのネオジウムを 使 用 しているため 供 給 不 安 が あり かつ 価 格 低 下 の 可 能 性 が 低 い 用 途 デジタルカメラ 携 帯 音 楽 プレーヤー 一 部 のノートパソコン 一 次 電 池 の 代 替 ハイブリッド 車 アイドリングストップ 車 補 足 三 洋 電 機 がパナソニックの 子 会 社 となることにより 世 界 各 国 の 競 争 法 当 局 との 協 議 により それぞれの 事 業 の 一 部 を 第 三 者 に 譲 渡 する 必 要 が 生 じ 三 洋 電 機 は 三 洋 エナジートワイセ ル 三 洋 エナジー 鳥 取 を FDK に 売 却 パナソニックはパナソニック EV エナジー(トヨタ 自 動 車 との 合 弁 現 在 のプライムアース EV エナジー 株 式 会 社 )の 保 有 株 を 減 らした 乾 電 池 型 二 次 電 池 においては ニッケル 水 素 二 次 電 池 が 従 来 のニカド 電 池 に 代 わり 主 流 となっている その 理 由 として ニッケル 水 素 二 次 電 池 の 大 電 力 大 電 流 時 の 放 電 特 性 に 優 れる 単 純 な 回 路 で 充 放 電 が 可 能 安 全 性 が 確 立 されている といった 特 徴 の 他 リチウムイオン 電 池 が 特 性 および 安 全 性 の 問 題 から 乾 電 池 型 として 不 向 き BMS( バッテリーマネージメントシステム)が 必 要 等 で 普 及 に 至 っていないことが 挙 げられる コラム:パナソニック のアイドリングストップ 車 向 け 発 表 パナソニックグループのエナジー 社 ( 三 洋 電 機 エナジー 社 )は AABC 2013 ( 2013 年 2 月 4~8 日 米 国 Pasadena)において ニッケル 水 素 二 次 電 池 を 用 い たアイドリング ストップ 車 向 けエネルギー 回 生 システムについて 講 演 した 講 演 では アイドリング ストップ 車 の 市 場 が 2012 年 の 約 1,100 万 台 から 2020 年 には 約 4,800 万 台 に 拡 大 すると 予 想 されており 開 発 した 回 生 システムの 拡 販 が 見 込 めることを 示 した

45 エネルギー 保 存 システム 45 同 社 のシステムは 通 常 搭 載 している 鉛 蓄 電 池 に ニッケル 水 素 二 次 電 池 を 組 み 合 わせて 利 用 する これにより 減 速 時 に 発 生 するエネルギーを ニッケル 水 素 二 次 電 池 に 蓄 電 して 再 利 用 することで 燃 費 向 上 を 図 れる 他 鉛 蓄 電 池 への 負 担 が 減 り 鉛 蓄 電 池 の 寿 命 を 延 ばせる 将 来 的 には 車 載 電 装 品 だけでなく 駆 動 をアシストするスターター モータへの 電 力 供 給 を 実 現 することで より 一 層 の 燃 費 向 上 につながるとみている 鉛 蓄 電 池 正 極 ( 陽 極 板 )に 二 酸 化 鉛 負 極 ( 陰 極 板 )には 海 綿 状 の 鉛 電 解 液 として 希 硫 酸 を 用 いた 二 次 電 池 である 原 理 用 途 正 極 負 極 の 双 方 から 電 解 液 中 に 硫 酸 イオ ンが 移 動 することで 充 電 され 電 解 液 中 の 硫 酸 イオンが 正 極 負 極 の 双 方 に 移 動 する ことで 放 電 を 行 う 放 電 すると 硫 酸 イオンが 正 極 負 極 の 双 方 に 移 動 するために 電 解 液 の 比 重 は 低 下 し 逆 に 充 電 すると 上 昇 する なお 電 解 液 の 比 重 の 変 化 は 放 電 時 に 正 極 で 水 が 作 られることも 関 係 している メリット デメリット 図 3-17 鉛 畜 電 池 の 構 造 ( 出 典 : 電 池 工 業 会 ) 公 称 電 圧 は 単 セルあたり 2 ボルトと 比 較 的 高 い 電 圧 を 取 り 出 すことができ 電 極 材 料 の 鉛 も 安 価 であることから 二 次 電 池 の 中 では 世 界 でも 最 も 生 産 量 が 多 い 短 時 間 で 大 電 流 放 電 させたり 長 時 間 緩 やかな 放 電 を 行 っても 比 較 的 安 定 し た 性 能 を 持 ち アルカリ 蓄 電 池 類 の 弱 点 であるメモリー 効 果 は 無 い 他 の 蓄 電 池 に 比 べて 大 型 で 重 く 希 硫 酸 を 使 うために 漏 洩 や 破 損 時 に 危 険 が 伴 う 放 電 時 に 発 生 する 硫 酸 鉛 が 結 晶 化 するとサルフェーションと 呼 ばれる 現 象 を 起 こして 充 放 電 の 容 量 を 著 しく 低 下 させたり 極 寒 地 では 硫 酸 の 濃 度 低 下 に 伴 って 電 解 液 が 凍 結 しやすくなり 場 合 によっては 破 裂 する 恐 れがあるため 満 充 電 の 状 態 を 維 持 することが 望 ましい. 鉛 蓄 電 池 は 人 体 や 環 境 に 有 害 な 鉛 や 硫 酸 を 含 んでおり 一 般 の 廃 棄 物 として 捨 てることができない このため 電 池 工 業 会 と 各 電 池 メーカーを 中 心 に 交 換 用 のバッテリーを 販 売 した 店 が 廃 棄 する 鉛 蓄 電 池 を 下 取 りするリサイクル 制 度 が 整 備 されている 廃 棄 された 鉛 蓄 電 池 は 大 きく 分 けて 鉛 プラスチック 硫 酸 に 分 けられる が 硫 酸 以 外 は 資 源 として 価 値 が 高 いために 業 者 間 では 有 価 物 として 取 引 されている また 中 国 などへ 輸 出 する 業 者 も 存 在 するが バーゼル 条 約 に 抵 触 する 可 能 性 もある 自 動 車 のバッテリーとして 広 く 利 用 されているのをはじめ 産 業 用 として 商 用 電 源 が 途 絶 えた 時 のバックアップ 電 源 の 用 途 や バッテリーで 駆 動 するフォークリフト ゴルフカー トといった 電 動 車 用 主 電 源 などにも 用 いられている また 小 型 飛 行 機 用 としても 広 く 使 われている

46 エネルギー 保 存 システム 46

47 エネルギー 保 存 システム フロー 電 池 フロー 電 池 とは 二 次 電 池 の 一 種 で イオンの 酸 化 還 元 反 応 を 溶 液 のポンプ 循 環 によって 進 行 させ て 充 電 と 放 電 を 行 う 流 動 電 池 である 35 レドックス フロー 電 池 と 呼 ばれる 事 もある レドックス(redox)は reduction( 還 元 )-oxidation( 酸 化 ) reaction の 短 縮 表 現 で 酸 化 還 元 反 応 の 事 である 歴 史 特 徴 1974 年 NASA が 基 本 原 理 を 発 表 し 1980 年 代 に 研 究 が 進 み 特 許 出 願 が 進 んだ バナジウムや 臭 化 亜 鉛 を 用 いたフロー 電 池 が 実 用 化 されはじめた が 普 及 はこれからである 上 記 以 外 の 溶 液 を 使 う 電 池 の 開 発 も 進 んでいる 図 3-18 住 友 電 工 が 開 発 したレドックス フロー 電 池 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) 重 量 エネルギー 密 度 (Wh/kg)が リチウムイオ ン 二 次 電 池 の 1/5 程 度 と 低 く 小 型 化 には 向 か ない しかし サイクル 寿 命 が 1 万 回 以 上 と 長 く 実 用 上 10 年 以 上 利 用 できる さらに 構 造 が 単 純 で 大 型 化 に 適 するため 1,000 kw 級 の 電 力 用 設 備 として 実 用 化 されて いる 使 用 元 素 図 3-19 バナジウムレドックスフロー 電 池 ( 出 典 :WikiPedia) 当 初 は 鉄 イオンとクロムイオンを 使 う 鉄 - クロム 系 が 主 だったが 次 第 に 両 者 が 混 合 し 容 量 が 低 下 する 問 題 があった その 後 開 発 が 進 んだ バナジウム 系 では 1 種 類 の 元 素 だけを 用 いるため 容 量 低 下 が 起 こ らず 実 用 化 に 至 った バナジウムをオキソ 酸 ではなく 単 原 子 イオンとして 保 持 すべく 対 イオンには 硫 酸 イオンが 用 いられている また 臭 素 イオンを 用 いて 重 量 エネルギー 密 度 を 倍 増 させる 研 究 も 行 われている 後 述 の 様 に( 臭 化 亜 鉛 Zinc bromide 36 )を 用 いたフローバッテリーが 既 に 米 国 では 設 置 され ている メリット 室 温 で 作 動 するため 熱 源 は 特 に 必 要 としない 燃 焼 性 爆 発 性 の 物 質 を 使 用 発 生 せず 先 行 して 実 用 化 されたナトリウ ム 硫 黄 電 池 (NaS 電 池 )より 安 全 性 で 優 れている イオン 種 によっては 化 学 反 応 を 伴 わないため 溶 液 の 組 成 が 変 化 しにくく 安 臭 化 亜 鉛 : 不 燃 性 であるが 分 解 点 以 上 に 熱 すると 臭 素 と 酸 化 亜 鉛 に 分 解 する 潮 解 性 があり 水 との 接 触 により 発 熱 する 皮 膚 への 腐 食 性 があり 吸 入 あるいは 眼 に 入 ることにより 粘 膜 を 損 傷 する 経 口 摂 取 した 場 合 には 腹 痛 や 嘔 吐 昏 睡 麻 痺 などの 症 状 が 生 じることがある

48 エネルギー 保 存 システム 48 デメリッ ト 定 性 も 高 い 設 備 も 大 部 分 が 一 般 的 な 機 器 で 構 成 できるうえ 繰 り 返 し 充 放 電 で 長 寿 命 を 期 待 できる レアメタルなどの 希 少 資 源 の 必 要 性 も 低 い 電 池 容 量 を 増 すには ほぼ 溶 液 のタンクを 増 設 するだけですむため 大 型 設 備 に 適 している 水 溶 液 を 使 用 するため 水 の 電 気 分 解 が 生 ずる 電 位 が 制 限 となり エネル ギー 密 度 を 上 げることができない 大 型 化 は 容 易 だが 小 型 化 は 困 難 溶 液 温 度 が 上 昇 すると 支 障 があるため 冷 却 装 置 が 必 要 日 本 企 業 住 友 電 気 工 業 日 本 では 1985 年 ( 昭 和 60 年 )から 開 発 を 進 めていた 住 友 電 気 工 業 株 式 会 社 が 2000 年 ( 平 成 12 年 )ごろから 製 品 の 販 売 を 開 始 した 大 型 化 に 適 しているため 電 力 貯 蔵 用 設 備 として 日 間 負 荷 変 動 の 平 準 化 や 瞬 時 低 電 圧 ( 瞬 断 ) 対 策 風 力 発 電 の 発 電 力 図 3-20 住 友 電 工 が 同 社 内 に 設 置 したフロー 電 均 等 化 などが 主 な 用 途 である 池 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) 同 社 は 2012 年 ( 平 成 24 年 )7 月 に 同 社 横 浜 製 作 所 で 蓄 電 容 量 5 MWh( 容 量 1MW 5 時 間 ) のレドックスフロー 電 池 と 集 光 型 太 陽 光 発 電 装 置 を 組 み 合 わせたメガワット 級 大 規 模 蓄 発 電 システムの 実 証 運 転 を 開 始 した 米 国 企 業 米 国 では DoE の 補 助 金 やベンチャーキャピタルからの 出 資 を 得 て フローバッテリーを 開 発 し ている 会 社 が 何 社 かある 量 産 化 はまだ 先 であるが 下 記 にその 数 社 を 取 り 上 げる ⑴ Imergy Power Systems ( 旧 社 名 Deeya Energy Inc.) Imergy Power Systems は 2004 年 に 設 立 され エネルギー 貯 蔵 システムの 開 発 製 造 を 行 っている 同 社 は,カリフォルニア 州 Fremont に 本 社 を 構 え インド の Gurgaon にも 拠 点 がある レドックス フロー 電 池 の 発 案 者 として 知 られる 元 NASA の Lawrence Thalle 氏 が 技 術 顧 問 として 参 画 している 同 社 の 特 許 技 術 L セル(Liquid Cell)を 使 用 したレドッ クス フロー 電 池 は,NASA によって 開 発 された 電 池 技 術 を 基 盤 にした Fe/Cr 系 であり,それを 適 用 した 無 線 基 地 局 向 けでの 数 kw 級 の 製 品 を 開 発 している 図 3-21 Deeya Ebergy 社 の フロー 電 池 ( 出 典 : 同 社 ホー 同 社 の 製 品 は, 他 社 と 違 い 5~ 50 の 温 度 環 境 でも 使 用 できる ムページ) また, 重 金 属 を 使 わず 有 毒 ガスを 発 生 しない 環 境 に 優 しいリサイクル 材 を 使 用 している ⑵ Ashlawn Energy, LLC

49 エネルギー 保 存 システム 49 Ashlawn Energy, LLC はバージニア 州 Alexandria を 拠 点 とした 再 生 可 能 エネルギーやピ ーク 電 力 管 理 用 のエネルギー 貯 蔵 システムを 提 供 している 同 社 のレドックス フロー 電 池 のブランド 名 は VanCharg TM で b アナジウムを 用 いる 米 国 エネルギー 省 からのプロジェクトを 獲 得 し,1 MW/8 MWh 級 システムの 検 証 を 行 って いる ⑶ Primus Power Primus Power は,2009 年 に 設 立 され,カリフォルニ ア 州 Hayward を 拠 点 とする 亜 鉛 臭 素 を 使 用 したフロー 電 池 を 開 発 している 同 社 の 技 術 は,80 年 代 に Electric Power Research Institute が 取 り 組 んだ 研 究 活 動 が 基 盤 になっている 同 社 は,フロー 電 池 対 応 の 安 価 な 金 属 電 極 の 研 究 に 取 り 組 むと 同 時 に, 金 属 の 大 量 製 造 で 一 般 的 な 製 造 工 程 を 採 用 し 開 発 を 行 っている 同 社 は, 米 国 エネルギー 省 の 助 成 金 を 受 けているばか 図 3-22 Primus Power 社 が 設 置 した りではなく, 既 存 投 資 機 関 からの 資 金 も 調 達 しており フロー 電 池 25MW/75MWh の 容 量 を 持,カリフォルニア 州 Modesto 地 区 でフロー 電 池 ファ つ( 出 典 : 報 道 資 料 ) ームの 建 設 中 ( 右 の 写 真 )である 同 施 設 では 25 MW/75 MWh の 電 力 貯 蔵 を 見 込 んでいる ⑷ Premium Power Corporation Premium Power Corporation は,2002 年 に 設 立 され, マサチューセッツ 州 North Reading に 本 社 を 置 く 同 社 は, 独 自 の Zinc-Flow 先 端 エネルギー 貯 蔵 技 術 を 基 盤 にした 亜 鉛 臭 素 のフロー 電 池 を 生 産 している その 製 品 は 世 界 で 最 もコストの 低 いグリッドスケールの フロー 電 池 であるという また, 同 社 は 米 国 エネルギー 省 のスマートグリッド 地 域 実 証 採 択 プロジェクトに 参 加 しており,ユティリティ グリッド 利 用 に 向 けた 先 進 的 フロー 電 池 の 実 証 を 行 って 図 3-23 Premium Power 社 の いる フロー 電 池 ( 出 典 : 報 道 資 (5) Sun Catalytix 38 料 ) MIT のスピンアウト 5キロワットのプロトタイプを 開 発 中 1キロワット 時 (1kWh)あたり 300 ドルのシステム(リチウムイオン 二 次 電 池 の 半 分 程 度 ) を 2015 か 2016 年 に 行 う 事 を 目 標 に 開 発 を 進 めている 特 徴 は 廉 価 な 素 材 を 使 え る 事 電 解 液 は 金 属 リ ガ ン ド( 金 属 配 位 子 結 合 39 metals combined with ligands)を 用 いることにより 設 計 の 自 由 度 が 増 えるとの 事 15 年 間 の 寿 命 が 目 標 (5) Prudent Energy 40 中 国 にあるフローバッテリー 開 発 製 造 会 社 キロワットクラス(8.4kW/ 基 )とメガワットクラス(250kW/ 基 x40 基 =10MW)を 出 荷 中 これまでで 最 大 の 設 置 は 中 国 国 内 で 2012 年 に 設 置 した 2MW(8MWh)の 施 設 下 表 に 米 国 に 設 置 されているフロー 電 池 の 一 覧 を 示 す 状 況 元 素 定 格 出 力 持 続 時 間 国 配 位 子 40

50 エネルギー 保 存 システム 50 稼 働 中 バナジウム 600 kw 6 時 間 米 国 稼 働 中 バナジウム 250 kw 8 時 間 米 国 稼 働 中 臭 化 亜 鉛 60 kw 2 時 間 30 分 米 国 稼 働 中 臭 化 亜 鉛 25 kw 2 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 25,000 kw 3 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 500 kw 2 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 250 kw 2 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 250 kw 4 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 125 kw 3 時 間 20 分 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 100 kw 3 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 25 kw 2 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 25 kw 2 時 間 米 国 ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 25 kw 2 時 間 米 国 下 表 に 米 国 以 外 の 国 に 設 置 されているフロー 電 池 の 主 な 物 を 示 す 状 況 元 素 定 格 出 力 持 続 時 間 国 稼 働 中 バナジウム 4,000 kw 1 時 間 30 分 日 本 稼 働 中 バナジウム 3,000 kw 16 分 日 本 稼 働 中 バナジウム 2,000 kw 4 時 間 中 国 稼 働 中 バナジウム 1,000 kw 5 時 間 日 本 稼 働 中 バナジウム 500 kw 2 時 間 中 国 稼 働 中 バナジウム 400 kw 1 時 間 15 分 インドネシア 稼 働 中 バナジウム 200 kw 8 時 間 ドイツ 稼 働 中 臭 化 亜 鉛 120 kw 2 時 間 30 分 オーストリア 稼 働 中 バナジウム 100 kw 2 時 間 韓 国 稼 働 中 臭 化 亜 鉛 100 kw 5 時 間 オーストリア 稼 働 中 臭 化 亜 鉛 90 kw 2 時 間 オーストリア 稼 働 中 バナジウム 50 kw 2 時 間 スペイン 稼 働 中 バナジウム 50 kw 2 時 間 韓 国 稼 働 中 バナジウム 45 kw 6 時 間 40 分 インド 稼 働 中 バナジウム 15 kw 8 時 間 デンマーク 稼 働 中 バナジウム 10 kw 10 時 間 イタリア 稼 働 中 バナジウム 5 kw 12 時 間 ポリトガル 稼 働 中 臭 化 亜 鉛 3 kw 2 時 間 40 分 ニュージーランド ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 1,000 kw 2 時 間 フレンチポルネシア ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 25 kw 2 時 間 オーストリア ( 建 設 中 ) 臭 化 亜 鉛 25 kw 2 時 間 ロシア

51 エネルギー 保 存 システム アルカリ 金 属 硫 黄 電 池 リチウム 二 次 電 池 よりさらに 高 容 量 の 定 置 用 途 向 けの 二 次 電 池 と して アルカリ 金 属 を 負 極 硫 黄 (S)を 正 極 としたアルカリ 金 属 - 硫 黄 電 池 が 注 目 されている 最 適 化 された 条 件 下 では 硫 黄 (S) 原 子 1 個 につきリチウムイオ ン 2 個 を 吸 蔵 することが 可 能 このため 硫 黄 は その 軽 量 性 から 優 れたエネルギー 貯 蔵 材 料 であると 言 える 正 極 に 使 われる 硫 黄 は 理 論 容 量 が 1,670mAh/g 程 度 であり 従 来 のリチウム 二 次 電 池 の 正 極 活 物 質 である LiCoO 2 ( 約 140mAh/g)より 理 論 容 量 が 10 倍 程 度 高 いと 共 に 低 コストで 資 源 が 豊 富 であるという 利 点 がある ただし 硫 黄 には 導 電 性 が 低 いという 性 質 もあり これは 充 放 電 時 の 電 子 の 移 動 が 難 しいことを 意 味 する 図 3-24 ナトリウム 硫 黄 電 池 (NaS 電 池 )の 構 造 ( 出 典 : 日 本 ガイシ 社 ホームページ) 負 極 に 使 われるアルカリ 金 属 としては ナトリウム リチウム 等 がある 下 記 に 記 述 する ナト リウム 硫 黄 電 池 (Na-S) は 量 産 出 荷 中 であるが リチウム 硫 黄 電 池 (Li-S) は 実 用 化 にはまだ 時 間 がかかると 思 われる ナトリウム 硫 黄 (NaS) 電 池 ナトリウム 硫 黄 電 池 (sodium-sulfur battery)とは 負 極 にナトリウムを 正 極 に 硫 黄 を 電 解 質 にβ-アルミナを 利 用 した 高 温 作 動 型 二 次 電 池 である ナトリウムと 硫 黄 を 溶 融 ( 高 温 で ドロドロに 溶 かす) 状 態 で 用 いる 電 解 質 は 反 対 に 固 体 であ る NAS 電 池 (なすでんち)または NAS(なす)とも 呼 ばれる 特 に 大 規 模 の 電 力 貯 蔵 用 に 作 られ 昼 夜 の 負 荷 平 準 などに 用 いられる 仕 組 み 活 物 質 であるナトリウムや 硫 黄 を 溶 融 状 態 に 保 ち β- アルミナ 電 解 質 ( 固 体 )のイオン 伝 導 性 を 高 めるために 高 温 ( 約 300~350 )で 運 転 され る 図 3-25 米 国 で 設 置 されている 日 本 ガイシ 社 製 の NaS 電 池 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) 負 極 の 溶 融 ナトリウムは β-アルミナとの 界 面 で Na+に 酸 化 され 電 解 質 を 通 って 正 極 に 移 動 する 正 極 では Na+が 硫 黄 によって 還 元 されて 五 硫 化 ナトリウム(Na 2 S 5 )となる メリット 従 来 の 鉛 蓄 電 池 に 比 べて 体 積 重 量 が 3 分 の 1 程 度 とコンパクトなため 揚 水 発 電 と 同 様 の 機 能 を 都 市 部 などの 需 要 地 の 近 辺 に 設 置 できる 出 力 変 動 の 大 きな 風 力 発 電 太 陽 光 発 電 と 組 み 合 わせ 出 力 を 安 定 化 させたり 需 要 家 に 設 置 して 割 安 な 夜 間 電 力 の 利 用 とともに 停 電 時 の 非 常 時 電 源 を 兼 用 で きる 構 成 材 料 が 資 源 的 に 豊 富 エネルギー 密 度 が 高 い( 鉛 電 池 の 約 3 倍 ) 電 解 質 が 固 体 のため 自 己 放 電 がなく エネルギー 効 率 が 高 い 長 寿 命 (15 年 以 上 ) 可 動 部 分 がなく 保 守 が 容 易 完 全 密 閉 型 で 排 ガスや 騒 音 が 出 ない

52 エネルギー 保 存 システム 52 デメリッ ト 常 温 では 動 作 しないため ヒーターによる 加 熱 と 放 電 時 の 発 熱 を 用 いて 作 動 温 度 域 (300 程 度 )に 温 度 を 維 持 する 必 要 がある 充 放 電 特 性 が 比 較 的 長 い 時 間 率 (6~7 時 間 )で 設 計 されている また 現 状 では 一 定 期 間 内 に 満 充 電 リセットの 必 要 がある 火 災 事 故 を 起 こした 場 合 通 常 の 水 系 の 消 火 薬 は 金 属 ナトリウムと 反 応 してしま うため 使 用 できない( 乾 燥 砂 等 を 用 いる) このため 一 般 の 消 防 署 等 では 火 災 へ の 即 応 が 難 しい 設 置 2014 年 時 点 で 量 産 事 業 化 しているのは 日 本 ガイシ(NGK)のみである 同 社 ホームページによれば 2003 年 に 量 産 開 始 して 以 来 2013 年 末 の 段 階 で 世 界 6 カ 国 に 合 計 174 カ 所 約 305MWh 設 置 41 用 途 も 当 初 は 変 電 所 工 場 下 水 処 理 場 などがメーンだったが その 後 国 内 / 海 外 を 問 わず 数 々の 太 陽 光 発 電 所 や 風 力 発 電 所 に 導 入 している DOE のデータベースによる 米 国 に 於 けるナトリウム 硫 黄 電 池 の 設 置 状 況 を 下 記 する 全 米 で9カ 所 合 計 出 力 は 16MW である 稼 働 中 稼 働 中 プロジェクト 名 PG&E Yerba Buena Battery Energy Storage Pilot Project PG&E Vaca Battery Energy Storage Pilot Project 出 力 (kw) 持 続 時 間 ( 時 : 分 ) 4,000 7 時 間 2,000 7 時 間 稼 働 中 Milton NaS Battery Energy Storage System 2,000 7 時 間 12 分 州 Californi a Californi a West Virginia 稼 働 中 Churubusco NaS Battery Energy Storage System 2,000 7 時 間 12 分 Indiana 米 国 稼 働 中 Bluffton NaS Energy Storage System 2,000 7 時 間 12 分 Ohio 米 国 稼 働 中 Long Island Bus BESS 1,000 7 時 間 New York 米 国 稼 働 中 Charleston Energy Storage Project 1,000 6 時 間 稼 働 中 Japan-US Collaborative Smart Grid Project 1,000 6 時 間 West Virginia New Mexico 修 理 中 Wind-to-Battery MinnWind Project 1,000 7 時 間 Minnesota 米 国 国 米 国 米 国 米 国 米 国 米 国 米 国 以 外 でのナトリウム 硫 黄 電 池 設 置 されている 主 な 施 設 を 下 表 に 纏 める 日 本 の 青 森 県 の 六 ヶ 所 村 の 施 設 が 日 本 ガイシ 社 製 の NaS 電 池 を7 基 設 置 しており 世 界 最 大 である プロジェクト 名 出 力 (kw) 持 続 時 間 ( 時 : 分 ) 稼 働 中 六 ヶ 所 村 34,000 7 時 間 青 森 県 日 本 稼 働 中 稚 内 メガソーラー 1,500 7 時 間 12 分 青 森 県 日 本 稼 働 中 福 岡 風 力 発 電 施 設 1,200 6 時 間 福 岡 日 本 稼 働 中 Younicos and Vattenfall Project 1,000 6 時 間 ベルリン ドイツ 稼 働 中 Reunion Island Pegase Project 1,000 7 時 間 12 分 Reunion フランス 稼 働 中 BC Hydro Energy Storage 1,000 6 時 間 30 分 ブリティ ッシュコ カナダ 州 国 41 ちなみに NAS 電 池 は 日 本 ガイシの 登 録 商 標 である

53 エネルギー 保 存 システム 53 ロンビア 主 なプレイヤー 日 本 ガイシ 上 記 の 様 に 2013 年 までに 合 計 で300MWh のシステムを 出 荷 した 住 友 電 工 2014 年 春 までにナトリウムイオン 電 池 のサンプル 出 荷 を 始 める 大 阪 市 内 に 専 用 の 生 産 ラインを 設 け 省 エネ 住 宅 や 電 気 自 動 車 (EV) 向 けの 納 入 を 目 指 す 同 社 は 2016 年 度 にも 量 産 に 乗 り 出 す 10 億 円 強 を 投 資 して 大 阪 製 作 所 に 専 用 のクリーンルームなどを 設 けた 板 状 のナトリ ウムイオン 電 池 ( 約 11 センチメートル 14 センチ 4センチ)をつくり 発 火 事 故 日 本 ガイシの NaS 電 池 が 日 本 国 内 で 2 件 の 発 火 事 故 を 起 こしたが 原 因 究 明 に 約 半 年 間 かかり その 期 間 世 界 中 で 同 シ ステムを 運 用 している 事 業 者 に 操 業 見 合 わせを 依 頼 し 大 きな 問 題 となった 2011 年 9 月 21 日 午 前 7 時 20 分 ごろ 日 本 ガイシが 製 造 し 三 菱 マテリアル 筑 波 製 作 所 に 設 置 された 東 京 電 力 所 有 の NAS 電 池 で 2 例 目 となる 火 災 事 故 が 発 生 した 図 3-26 NaS 電 池 の 構 造 セルの 一 つが 発 火 し 延 焼 したと 言 う が こちらは 普 及 タイプの 製 品 だったた ( 出 典 : 日 本 ガイシ 社 ホームページ) め 急 遽 全 納 入 先 事 業 者 に 連 絡 を 取 り NAS 電 池 利 用 の 蓄 電 システムの 使 用 停 止 を 要 請 代 替 システムを 持 たない 事 業 者 には 運 転 中 の 厳 重 監 視 付 きでの 継 続 使 用 をやむをえず 認 めた 第 三 者 による 事 故 調 査 委 員 会 の 火 災 原 因 究 明 報 告 と 事 故 対 策 がまとまるまで 日 本 ガイシ は NAS 電 池 の 生 産 を 当 分 停 止 する 事 となったが 2012 年 6 月 から 操 業 を 再 開 した 事 故 原 因 は 製 造 不 良 の 単 電 池 が 溶 融 し それが 隣 接 する 単 電 池 モジュール 全 体 隣 接 するモジュールへと 延 焼 していったことにあった

54 エネルギー 保 存 システム 化 学 的 エネルギー 貯 蔵 水 素 を 用 いたエネルギー 貯 蔵 水 素 を 電 力 貯 蔵 媒 体 として 用 いる 方 法 である 方 法 電 力 網 上 の 余 剰 電 力 ( 夜 間 等 ) または 再 生 可 能 エネルギー( 風 力 発 電 や 太 陽 光 発 電 )を 用 いて 電 気 分 解 で 水 素 を 製 造 し 液 化 または 圧 縮 する 電 力 が 必 要 な 時 に 電 気 分 解 の 逆 過 程 の 水 素 発 電 (Fuel Cell) を 用 いて 発 電 し 再 び 電 力 に 変 換 する 水 素 発 電 では 水 が 生 成 されるだけで 廃 棄 物 が 出 ない 再 生 可 能 エネルギー( 風 力 や 太 陽 光 )を 水 素 の 製 造 に 使 う 場 合 利 用 メリット 可 能 なときだけ 行 えばよいので 電 力 の 平 準 化 になる Fuel Cell を 用 いた 自 動 車 (FCV)が2015 年 を 目 処 に 商 品 化 される ので それに 合 わせたインフラ 整 備 が 進 む 可 能 性 がある 電 気 分 解 で 水 素 を 製 造 して 液 化 または 圧 縮 し それを 再 び 電 力 に 変 換 する 場 合 エネルギーの 損 失 がある デメリット 水 素 の 形 で 運 搬 するには 圧 縮 液 化 する 施 設 以 外 にも 各 種 のインフ ラが 必 要 経 済 性 実 証 実 験 1kg の 水 素 を 製 造 するには 約 50kWh(180MJ)の 電 力 を 必 要 とする アメリカ 合 衆 国 ではピーク 時 以 外 の 電 気 料 金 は kwh 当 たり 約 0.03 ドルであり 1kg の 水 素 を 作 るのに 1.50 ドルの 電 気 を 必 要 とする アメリカで 1.50 ドルぶんのガソリンを 自 動 車 で 使 った 場 合 1kg の 水 素 を 使 った 燃 料 電 池 と 走 行 可 能 距 離 がほぼ 同 じとなる 水 素 ガスから 電 力 を 作 るには 水 素 ガスを 圧 縮 または 液 化 し Fuel Cell 発 電 施 設 まで 輸 送 する 必 要 があり これらのコストは 小 さいとは 言 えない なお 水 素 ガスを 200 バールまで 圧 縮 するのに 要 する 電 力 量 は 圧 縮 する 水 素 のエネルギー 量 の 2.1%である ニューファンドランド 島 の 南 岸 にある 小 さな 島 (Ramea) で 2007 年 から 5 年 間 の 計 画 で 風 力 発 電 機 と 水 素 発 生 装 置 を 使 った 実 験 が 行 われている 同 様 のプロジェクトはノルウェーの 小 さな 島 (Utsira) でも 2004 年 から 継 続 中 である ドイツで 動 き 始 めた 再 生 可 能 エネルギー 電 力 の 水 素 貯 蔵 42 ドイツ 最 大 手 の 電 力 会 社 E.ON は 再 生 可 能 エネルギーで 発 電 された 電 力 を 水 素 に 変 換 し 天 然 ガスパイプラインへ 圧 入 して 貯 蔵 する 試 験 設 備 を 建 設 貯 蔵 された 水 素 は 電 力 が 必 要 な 時 に 天 然 ガスと 共 にガスタービン 発 電 の 燃 料 として 使 用 される 42

55 エネルギー 保 存 システム 電 気 的 エネルギー 貯 蔵 (キャパシタ) 電 気 二 重 層 キャパシタ 電 気 二 重 層 コンデンサ(Electric double-layer capacitor EDLC)は 電 気 二 重 層 という 物 理 現 象 を 利 用 することで 蓄 電 量 を 高 めたコンデンサ(キャパシタ)である 43 充 放 電 による 劣 化 は 少 なく 10 万 万 回 程 度 の 充 放 電 サイクルが 可 能 だと 考 えられて いる 44 電 気 二 重 層 キャパシタはウルトラ キャパシタ(Ultracapacitor)やスーパー キャパシ タ(Supercapacitor)とも 呼 ばれる 電 気 二 重 層 キャパシタは 後 述 のリチウムイオンキャパシタとともに 急 速 な 充 放 電 が 可 能 な 特 性 から 自 動 車 のアイドリングストップ 時 の 始 動 ブレーキをかけた 時 のエネルギ ー 回 収 行 うための 蓄 電 デバイスとして 使 われる キャパシタでは 2 枚 の 電 極 間 に 電 解 質 を 含 む 溶 液 を 入 れ 充 電 放 電 に 伴 い 電 解 質 中 の 陰 陽 イオンがそれぞれ 別 の 電 極 に 物 理 的 に 吸 脱 着 する 特 徴 メリット デメリット 内 部 抵 抗 が 低 く 短 時 間 で 充 放 電 が 行 なえる 化 学 反 応 を 必 要 としないため 充 電 と 放 電 の 反 応 が 早 く 内 部 抵 抗 も 少 ないた めに 大 電 流 での 充 放 電 が 行 なえる 熱 暴 走 を 起 こさず 安 全 性 が 極 めて 高 い 充 放 電 による 劣 化 が 少 ないので 製 品 寿 命 が 長 い 高 価 な 素 材 (コバルト リチウム 等 )は 要 らない 電 圧 が 低 い 自 己 放 電 によって 時 間 と 共 に 失 われる 電 気 が 比 較 的 多 く 蓄 電 出 来 る 時 間 は 短 い 充 放 電 時 に 電 圧 が 直 線 的 に 変 化 するため 使 用 に 伴 って 電 圧 値 が 下 がって 行 く ( 右 下 図 参 照 1がキャパシタの 2がバッテリーの 容 量 の 時 間 経 過 を 示 す ) 価 格 が 比 較 的 高 い 適 時 に 完 全 放 電 が 必 要 になる 耐 電 圧 が 低 く 充 電 出 来 る 電 圧 は 最 高 でも 3V 程 度 となるた め 高 電 圧 が 必 要 なら 直 列 接 続 が 必 要 となる 充 放 電 サイ クルで 並 列 接 続 と 直 列 接 続 を 繰 り 返 すと 二 次 電 池 のメモリ 効 果 のように 充 電 可 能 な 容 量 が 減 るので 適 時 に 完 全 放 電 が 必 要 になる 2013 年 現 在 の 高 性 能 電 池 であるリチウムイオン 二 次 電 池 の エネルギー 密 度 Wh/L(18650 セルで 200Wh/kg 程 度 )と 比 べれば 電 気 二 重 層 コンデンサは 2-10 Wh/L 程 度 しかなく 数 十 倍 の 能 力 差 がある リチウムイオン 二 次 電 池 の 技 術 を 取 り 入 れたリチウムイオ ン キャパシタ( 次 節 )は エネルギー 密 度 が Wh/L 程 度 に 向 上 する 図 3-27 上 がキャパシタ ー 下 がリチウムイオン 二 次 電 池 (WikiPedia より) 43 電 気 二 重 層 キャパシタ 44 電 気 二 重 層 キャパシタは 陽 極 と 陰 極 の 2 つの 電 極 を 持 つが この 2 つが 二 重 層 という 名 前 の 元 となった 訳 ではなく 両 極 それぞれの 表 面 付 近 で 起 こる 物 理 現 象 である 電 気 二 重 層 が 元 となっている

56 エネルギー 保 存 システム 56 レアメタルのように 将 来 コスト 高 となる 可 能 性 がある 素 材 の 使 用 は 求 められていないが 電 極 の 加 工 に 手 間 がかかって 高 価 格 となっている マーケット 高 エネルギー 密 度 の 電 気 二 重 層 キャパシタは 携 帯 機 器 等 用 の 小 型 のものから コピー 機 プリンターの 予 熱 電 源 用 の 中 型 のものと 幅 広 い 分 野 での 省 エネルギー 化 用 途 で 使 われ ることが 期 待 されている さらに 自 動 車 鉄 道 等 の 大 型 のものでは 回 生 電 源 としての 用 途 の 他 ハイパワーの 蓄 電 デバイスを 必 要 とするハイブリッド 自 動 車 用 電 源 として 大 きな 市 場 が 見 込 まれ 省 エ ネルギーと 高 出 力 ( 加 速 の 良 さ)に 貢 献 することが 期 待 される アイドリングストップ 車 への 採 用 も 拡 大 している 日 本 ケミコン 45 CEATEC JAPAN 2013 ( 2013 年 10 月 1~5 日 幕 張 メッセ)において ホンダの フ ィット のアイドリング ストップ 車 に 採 用 された 電 気 2 重 層 キャパシタを 披 露 した フィットでは ガソリン エンジン 車 に 電 気 2 重 層 キャパシタを 用 いたアイドリン グ ストップ 機 構 を 標 準 装 備 している 日 本 ケミコンの 車 載 向 け 電 気 2 重 層 キャパシタ DLCAP は 既 に マツダの アテン ザ と CX-5 の 一 部 に 採 用 されており ホンダのフィットに 続 いて 2013 年 10 月 に 予 約 を 開 始 するマツダの アクセラ への 適 用 が 決 まっている フィット 向 けの 電 気 2 重 層 キャパシタは 1500~1600F の 円 筒 型 セル 6 本 を 直 列 に 接 続 したモジュールを 採 用 している 電 圧 は 15V とみられる マツダの 場 合 は 1200F の 円 筒 型 セル 10 本 を 直 列 に 接 続 し 電 圧 は 25V だった そのため モジュールで 蓄 電 可 能 な 容 量 は マツダの 方 が 大 きい セル 自 体 はフィット 用 は 外 形 を 若 干 大 きくしているという トヨタ 自 動 車 第 65 回 フランクフルトモーターショー(2013 年 9 月 )において 電 気 2 重 層 キャ パシタを 搭 載 して YARIS HYBRID-R を 初 披 露 した トヨタ 自 動 車 は キャパシタは 加 速 の 際 エクストラ パワーとして 使 うことがで きる と 搭 載 の 理 由 を 説 明 した トヨタ 自 動 車 では レーシングマシン TS030 HYBRID に 電 気 2 重 層 キャパシタを 採 用 加 速 性 能 を 高 めている 実 績 がある マツダ 2012 年 11 月 に 発 売 した 新 型 アテンザ に キャパシタを 使 った 減 速 エネルギの 回 生 システム i-eloop を 採 用 した 45

57 エネルギー 保 存 システム リチウムイオンキャパシタ リチウムイオンキャパシタ(LIC)とは 一 般 的 な 電 気 二 重 層 キャパシタ(EDLC)の 原 理 を 使 いなが ら 負 極 材 料 として リチウムイオン 吸 蔵 可 能 な 炭 素 系 材 料 を 使 い そこにリチウムイオンを 添 加 することでエネルギー 密 度 を 向 上 させたキャパシタである 性 能 的 にエネルギー 密 度 は 低 いが エネルギー 出 力 が 極 めて 高 く 瞬 発 力 が 高 い この 特 性 を 利 用 して リチウムイオン 二 次 電 池 と 組 合 せて 車 載 に 採 用 する 事 例 が 増 えてきた ( 減 速 停 止 時 の 回 生 エネルギーを 一 時 的 に 溜 めて 始 動 加 速 に 用 いる ) 構 造 正 極 と 負 極 の 原 理 が 異 なる 非 対 称 キャ パシタである リチウムイオン 二 次 電 池 の 負 極 と 電 気 二 重 層 の 正 極 を 組 み 合 わせた 構 造 になっており 正 極 が 電 気 二 重 層 を 形 成 し 物 理 的 な 作 用 で 充 放 電 するの に 対 し 負 極 はリチウムの 化 学 反 応 に よって 充 放 電 する 従 来 のキャパシタに 比 べてエネルギー 密 度 が 高 いのは この 負 極 のプレドー ピングによって 負 極 の 静 電 容 量 が 増 大 されていることが 大 きく 起 因 している エネルギー 密 度 の 向 上 図 3-28 リチウムイオンキャパシター(LIC)の 位 置 付 け( 出 典 :JM エナジー 社 のホームページ より) (エネルギー 密 度 ( 容 量 密 度 )が 縦 軸 になってい るので 注 意 のこと) リチウムイオンキャパシタ(LIC)はセルの 電 圧 と 負 極 の 静 電 容 量 が 増 加 するため 従 来 の 電 気 二 重 層 キャパシタ(EDLC)と 比 較 してエネルギー 密 度 に 関 して 優 れている 従 来 のキャパシタの 電 圧 は 2.5V から 3V 程 だが リチウムイオンをあらかじめ 負 極 にドー プすること(リチウムプレドープ)によって 4V 程 度 まで 上 昇 させることができる セル 内 のエネルギーは 電 圧 の 2 乗 に 比 例 するため この 電 圧 上 昇 分 により エネルギー 向 上 に 大 きく 寄 与 できる また リチウムをプレドープされた 負 極 は 従 来 の 電 気 二 重 層 キャパシタで 主 に 使 用 され ている 活 性 炭 と 比 べて 数 十 倍 程 度 の 静 電 容 量 を 保 有 している 結 果 セル 内 の 全 体 の 静 電 容 量 理 論 上 最 大 4 倍 にまで 増 加 し その 分 セルのエネルギーは 高 まることとなる これらの 要 因 により リチウムイオンキャパシタ(LIC)は 通 常 の 電 気 2 重 層 キャパシタ (EDLC)と 比 較 してセルのエネルギーを 飛 躍 的 に 高 めることが 可 能 リチウムイオンキャパシタには 下 記 の 特 徴 がある 従 来 の 電 気 二 重 層 キャパシタと 比 較 してエネルギー 密 度 が 良 い リチウムイオン 二 次 電 池 に 比 べると エネルギー 密 度 (Energy Density)は 悪 いが 出 力 密 度 (Power Density)は 良 い 電 流 の 出 力 密 度 寿 命 メンテナンスは 電 気 二 重 層 と 同 等 に 良 い メリット 自 己 放 電 が 小 さい リチウムイオン 二 次 電 池 と 比 べ 熱 暴 走 を 起 こしにくく 安 全 性 が 高 い

58 エネルギー 保 存 システム 58 デメリット 電 気 二 重 層 と 比 べ 高 温 特 性 に 優 れる 価 格 が 高 い 下 限 電 圧 に 制 限 がある 過 放 電 が 進 むとセルが 劣 化 するため 電 圧 監 視 のための 制 御 回 路 が 必 要 となる 低 温 特 性 が 電 気 二 重 層 キャパシタと 比 較 して 悪 い リチウムイオン 二 次 電 池 と 比 較 するとエネルギー 密 度 が 悪 い 下 記 に リチウムイオンキャパシタ と 電 気 二 重 層 キャパシタ と リチウムイオン 電 池 の 比 較 を 示 す ( 出 典 :JM エナジー 株 式 会 社 のウエブサイト 46 ) 評 価 項 目 リチウムイオンキャパシタ 電 気 二 重 層 キャパシタ リチウムイオン 二 次 電 池 エネルギー 密 度 出 力 密 度 充 電 性 能 内 部 抵 抗 低 温 特 性 高 温 特 性 保 守 性 寿 命 安 全 性 短 絡 コスト 中 程 度 ( 高 出 力 時 は 高 い) 高 い 秒 単 位 の 充 放 電 が 可 能 低 抵 抗 抵 抗 がやや 上 昇 広 い 使 用 温 度 範 囲 メンテナンスフリー 長 寿 命 安 全 寿 命 低 下 要 因 となるが 安 全 高 出 力 高 エネルギー 分 野 において 安 価 低 い 高 い 秒 単 位 の 充 放 電 が 可 能 低 抵 抗 低 抵 抗 使 用 温 度 範 囲 が 狭 い メンテナンスフリー 長 寿 命 高 い( 特 に 低 出 力 時 ) 低 い( 急 速 充 放 電 が 苦 手 ) 充 電 に 時 間 を 要 する 高 抵 抗 大 幅 な 抵 抗 上 昇 使 用 温 度 範 囲 が 狭 い 保 守 管 理 が 不 可 欠 短 寿 命 安 全 危 険 性 が 懸 念 ( 発 熱 発 火 ) 短 絡 に 強 く 安 全 高 出 力 低 エネルギー 分 野 において 安 価 短 絡 に 弱 く 危 険 低 出 力 高 エネルギー 分 野 において 安 価 46 JM エナジー 株 式 会 社 のウエブサイトより(

59 エネルギー 保 存 システム 力 学 的 エネルギー 貯 蔵 揚 水 発 電 揚 水 発 電 (PSH : Pumped-storage hydroelectricity)は 夜 間 などの 電 力 需 要 の 少 ない 時 間 帯 の 余 剰 電 力 を 使 用 して 下 部 貯 水 池 ( 下 池 )から 上 部 貯 水 池 ( 上 池 ダム)へ 水 を 汲 み 上 げておき 電 力 需 要 が 大 きくなる 時 間 帯 に 上 池 ダムから 下 池 へ 水 を 導 き 落 とすことで 発 電 する 水 力 発 電 方 式 である 発 電 だけを 目 的 とする 発 電 所 というよりも 電 力 需 要 供 給 の 平 準 化 を 狙 う 蓄 電 を 目 的 した ダ ムを 用 いる 巨 大 な 蓄 電 池 あるいは 蓄 電 所 と 言 うべきものである エネルギー 効 率 巨 大 電 力 貯 蔵 設 備 寿 命 などの 各 種 要 素 のバランスの 点 で 現 在 のところ 大 規 模 な 電 力 貯 蔵 に 最 適 な 方 法 方 法 であると 言 える 現 時 点 での 世 界 中 の 蓄 電 能 力 の 約 90%は 揚 水 発 電 による 貯 蔵 物 である 揚 水 発 電 は 世 界 的 にも 行 われているが 狭 い 国 土 に 比 較 的 山 地 が 多 い 日 本 では 特 に 普 及 した 蓄 電 方 法 である 蓄 電 効 率 蓄 電 池 としてみた 場 合 損 失 は 30% 程 度 である 即 ち 発 電 する 電 気 量 に 対 し 水 を 汲 み 上 げるために 消 費 される 電 気 量 がおよそ 30% 割 増 と なるため その 点 効 率 の 悪 い 発 電 様 式 とも 言 える 効 率 が 良 いとはいえないが 現 実 的 に 大 容 量 を 持 ちうる 手 段 が 他 に 無 いため 電 力 におい ては 最 大 の 蓄 電 池 として 活 用 されている 大 容 量 の 蓄 電 が 可 能 発 電 開 始 や 最 大 出 力 までの 時 間 が 短 い メリット 出 力 調 整 が 容 易 これらより 電 力 供 給 の 平 準 化 に 適 している 100%の 揚 水 電 力 に 対 して 70% 程 度 の 効 率 で 発 電 が 出 来 る 蓄 電 池 としてみた 場 合 損 失 が 多 く(-30%) 効 率 が 良 いとはいえない デメリット 工 事 期 間 が 長 い 立 地 に 制 約 がある 設 置 規 模 2010 年 で ワールドワイドで 揚 水 発 電 を 用 いて 127GW のエネルギー 貯 蔵 が 可 能 である ヨーロッパでは 揚 水 発 電 で 38.3GW のエネルギー 貯 蔵 が 可 能 で これは WW(ワールドワイド) の 発 電 量 の 36.8%に 相 当 する なお ヨーロッパ 全 体 の 水 力 発 電 能 力 は 140GW であるので その 27%が 揚 水 型 となる この 揚 水 発 電 能 力 はヨーロッパ 全 体 の 総 発 電 能 力 の 5%を 貯 蔵 で きる 事 になる 米 国 では 23.4GW( 計 画 分 を 含 む)の 揚 水 発 電 能 力 があり これは WW(ワールドワイド)の 揚 水 発 電 の 10.6%に 相 当 する WikiPedia 47 によると 2009 年 時 点 で WW の 揚 水 総 蓄 電 量 は 104 GW これは WW の 全 ての 方 式 による 蓄 電 量 の 合 計 127 GW の81%となる 米 国 に 於 ける 揚 水 発 電 蓄 電 量 は 米 国 に 於 ける 揚 水 発 電 が 可 能 な 水 力 発 電 所 のリストを 下 記 する 47

60 エネルギー 保 存 システム 60 米 国 における 最 大 の 揚 水 発 電 所 は バージニア 州 にある Bath County Pumped Storage Station で 約 3ギガワットの 蓄 電 能 力 がある 図 3-29 ( 再 掲 ) 米 国 に 於 ける 蓄 電 容 量 とその 技 術 別 内 訳 ( 計 画 分 を 含 む) ( 出 典 :DoE の 2013/12 レポート) 最 新 技 術 可 変 速 揚 水 発 電 システム は 揚 水 運 転 時 に 一 定 速 度 一 定 電 力 での 運 転 しかできなか った 従 来 の 揚 水 発 電 システムに 対 し 回 転 速 度 を 変 えることによって 電 力 を 俊 敏 に 変 化 さ せ 電 力 系 統 の 周 波 数 調 整 を 行 うことができる 特 に 新 たに 開 発 した 電 力 優 先 制 御 方 式 は 電 力 応 動 が 非 常 に 早 く 周 波 数 調 整 能 力 に 優 れている

61 エネルギー 保 存 システム 61 海 水 揚 水 発 電 所 48,49,50 山 岳 地 帯 に 上 池 と 下 池 を 建 設 するには 立 地 上 の 困 難 が 伴 い 建 設 コストも 高 く また 生 態 系 の 破 壊 に 繋 がる 為 新 規 の 揚 水 発 電 所 の 建 設 は 困 難 となっている この 対 策 として 近 年 海 水 揚 水 発 電 所 が 建 設 されだした 下 図 は 沖 縄 やんばる 海 水 揚 水 発 電 所 である 沖 縄 本 島 北 部 に 位 置 し 上 部 調 整 池 に 海 水 を 汲 み 上 げ 最 大 使 用 水 量 26 m 3 /s 海 面 と の 有 効 落 差 136 mを 利 用 し 最 大 出 力 30,000kW(30MW)を 得 る 世 界 初 の 海 水 揚 水 発 電 所 である 調 整 池 を 満 水 にすると 30,000 キロワットの 出 力 を 6 時 間 継 続 できる 調 整 池 の 底 と 水 車 とを 結 ぶ 水 圧 管 路 には 海 水 に 腐 蝕 されにくく また 海 生 生 物 が 付 着 しにくい FRP 管 が 使 用 されている 水 車 は 海 水 に 腐 蝕 されにく いオーステナイト 系 ステンレス 鋼 でできている 発 電 所 と 国 頭 郡 大 宜 味 村 にある 沖 縄 電 力 大 保 変 電 所 との 間 は 延 長 約 18 キロメートルの 送 電 線 (66,000 ボルト 1 回 線 )で 結 ばれている[1] JPOWER が 1991 年 より 建 設 工 事 を 開 始 し 1999 年 に 建 設 完 了 後 5 年 間 の 実 証 試 験 運 転 を 経 て 2004 年 から 発 電 運 転 を 行 っている 図 3-30 沖 縄 やんばる 海 水 揚 水 発 電 ( 出 典 :JPOWER 社 ホームページよ り) 米 国 での 揚 水 発 電 設 置 量 ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 状 況 プロジェクト 名 出 力 (kw) 時 間 ( 時 : 分 ) 州 稼 働 中 Bath County Pumped Storage 10 時 間 3,030,000 Station 18 分 Virginia 米 国 稼 働 中 Ludington Pumped Storage 1,872,000 8 時 間 Michigan 米 国 修 理 中 Raccoon Mountain Pumped Storage Tennesse 1,652, 時 間 Plant e 米 国 ( 契 約 済 ) Eagle Mountain Project 1,300,000 不 明 Californ ia 米 国 稼 働 中 Castaic Pumped-Storage Plant 1,247, 時 間 Californ ia 米 国 稼 働 中 Helms Pumped Hydro Storage Californ 1,212,000 不 明 Project ia 米 国 稼 働 中 Blenheim-Gilboa Pumped Storage Power Project 1,160,000 不 明 New York 米 国 稼 働 中 Rocky Mountain Hydroelectric Plant 1,095,000 不 明 Georgia 米 国 稼 働 中 Northfield Mountain Pumped Massachu Storage Hydroelectricity 1,080,000 不 明 setts Facility 米 国 稼 働 中 Muddy Run Pumped Hydro Storage 1,070,000 不 明 Pennsylv ania 米 国 稼 働 中 Bad Creek Pumped Hydro Storage 1,065,000 不 明 South 米 国 沖 縄 やんばる 海 水 揚 水 発 電 所

62 エネルギー 保 存 システム 62 Carolina 10 時 間 ( 計 画 中 ) Eldorado Pumped Storage 1,000,000 Nevada 米 国 20 分 ( 計 画 中 ) Maysville Pumped Storage 1,000,000 8 時 間 Kentucky 米 国 Edward Hyatt (Oroville) Power Californ 稼 働 中 819,000 不 明 米 国 Plant ia South 稼 働 中 Jocassee Pumped Hydro Storage 710,000 不 明 米 国 Carolina Bear Swamp Hydroelectric Power Massachu 稼 働 中 600,000 6 時 間 米 国 Station setts Richard B. Russell Pumped 稼 働 中 600,000 不 明 Georgia 米 国 Storage 6 時 間 58 South 稼 働 中 Fairfield Pumped Storage 511,200 米 国 分 Carolina Lake Elsinore Advanced Pumped Californ ( 計 画 中 ) 500, 時 間 米 国 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 Storage Seneca Pumped Storage Generating Station Taum Sauk Hydroelectric Power Station San Luis (William R. Gianelli) Pumped Storage Hydroelectric Powerplant 440,000 不 明 ia Pennsylv ania 米 国 440,000 8 時 間 Missouri 米 国 424, 時 間 Californ ia 稼 働 中 Yards Creek Pumped Storage 400,000 6 時 間 New Jersey 米 国 稼 働 中 Cabin Creek Generating Station 324,000 4 時 間 Colorado 米 国 ( 計 画 中 ) Silver Creek Pumped Storage Pennsylv 300,000 8 時 間 Project ania 米 国 稼 働 中 John W. Keys III Pump-Generating Washingt 300, 時 間 Plant on 米 国 稼 働 中 Salina Pumped Storage Project 260,000 不 明 Oklahoma 米 国 稼 働 中 Carters Dam Pumped Storage 250,000 不 明 Georgia 米 国 稼 働 中 Smith Mountain Pumped Storage Project 247,000 不 明 Virginia 米 国 修 理 中 Lewiston Pump-Generating Plant 240,000 不 明 New York 米 国 稼 働 中 Wallace Dam Pumped Storage 208,000 不 明 Georgia 米 国 稼 働 中 Mount Elbert Power Plant 200, 時 間 Colorado 米 国 稼 働 中 Big Creek (John S. Eastwood) Pumped Storage 199, 時 間 40 分 稼 働 中 Hiwassee Dam 185,000 不 明 ( 計 画 中 ) Prineville Pumped Storage 150,000 8 時 間 12 分 Californ ia North Carolina Oregon ( 修 理 中 ) Thermalito Pumping - Generating Californ 120,000 不 明 Plant ia 米 国 稼 働 中 Horse Mesa Pumped Hydro Storage 97,000 不 明 Arizona 米 国 稼 働 中 Clarence Cannon Dam Pumped Storage 58,000 不 明 Missouri 米 国 稼 働 中 Mormon Flat Pumped Hydro Storage 50,000 不 明 Arizona 米 国 稼 働 中 New Wadell Dam Pumped Hydro Storage 45,000 不 明 Arizona 米 国 稼 働 中 Olivenhain-Hodges Storage Californ 40,000 8 時 間 Project ia 米 国 稼 働 中 Rocky River Pumped Storage Plant 29,000 不 明 Connecti cut 米 国 稼 働 中 DeGray Lake Pumped Hydro Storage 28,000 不 明 Arkansas 米 国 稼 働 中 O'Neill Powerplant 25,200 不 明 Californ ia 米 国 稼 働 中 Flatiron Powerplant 8,500 不 明 Colorado 米 国 米 国 米 国 米 国 米 国

63 エネルギー 保 存 システム 63 米 国 以 外 にある 揚 水 発 電 施 設 の 主 な 物 を 下 記 する ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 状 況 プロジェクト 名 出 力 (kw) 稼 働 中 稼 働 中 ( 建 設 中 ) ( 建 設 中 ) Huizhou Pumped Storage Power Station Guangzhou Pumped Storage Power Station Hongping Pumped Storage Power Station Dniester Pumped Storage Power Station 時 間 ( 時 : 分 ) 2,448,000 不 明 2,400,000 不 明 州 Guangdon g Guangdon g 中 国 中 国 2,400,000 不 明 Jiangxi 中 国 2,268,000 不 明 Chernivt si Oblast 稼 働 中 La Muela pumped-storage plant 2,000,000 不 明 Valancia 稼 働 中 ( 建 設 中 ) 稼 働 中 稼 働 中 ( 建 設 中 ) Okutataragi Pumped Storage Power Station Kannagawa Pumped Hydro Plant no.3-6 Tianhuangping Pumped Storage Hydro Plant Grand'Maison Dam Pumped Storage Power Plant Jixi Pumped Storage Power Station ウク ライ ナ スペ イン 1,932,000 8 時 間 Hyōgo 日 本 1,880,000 不 明 Nagano 日 本 1,836,000 不 明 Zhejiang 中 国 1,820,000 不 明 Isère フラ ンス 1,800,000 不 明 Anhui 中 国

64 エネルギー 保 存 システム 圧 縮 空 気 エネルギー 貯 蔵 (CAES) 圧 縮 空 気 貯 蔵 システム(CAES: Compressed Air Energy Storage)とは 夜 間 等 の 電 力 が 余 ってい る 際 にコンプレッサで 圧 縮 した 空 気 を 地 下 空 洞 タンクに 貯 蔵 しておき 昼 間 等 の 電 力 が 必 要 な 際 に 圧 縮 空 気 を 解 放 する 事 で 発 電 機 を 廻 す または 圧 縮 空 気 を 燃 料 とともに 燃 焼 させ ガスタービンを 回 して 発 電 することにより ガスタ ービンの 発 電 効 率 を 向 上 させる 特 徴 貯 蔵 していた 圧 縮 空 気 を 使 用 するので 発 電 時 ではタービンの 出 力 がすべて 発 電 に 使 用 さ れる ( 通 常 のガスタービンでは 発 電 出 力 の 一 部 をコンプレッサの 動 力 に 廻 す ) 通 常 のガスタービンに 比 べて2 倍 以 上 の 電 気 出 力 を 得 ることができる 同 じ 発 電 出 力 を 得 るために 必 要 な 天 然 ガスや 石 油 などの 化 石 燃 料 は 逆 に 約 1/3 に 飾 約 さ れる 揚 水 発 電 や LNG 複 合 火 力 より ワットあたりのコストが 低 くなる 可 能 性 がある 負 荷 平 準 化 に 有 効 な 技 術 として 欧 米 ではすでに 実 績 があり 信 メリット 頼 性 が 高 い 発 火 や 爆 発 等 の 危 険 性 が 無 い 大 型 化 が 容 易 長 寿 命 起 動 停 止 に 要 する 時 間 は 20~30 分 とやや 長 い デメリット 構 造 上 装 置 が 大 型 化 してしまうため 立 地 条 件 に 制 約 がある 海 外 での 設 置 例 発 電 効 率 欧 米 では 貯 槽 用 空 洞 として 気 密 性 の 高 い 地 下 空 間 を 利 用 し 低 コストで 建 設 され 既 に 20 年 ほど 商 業 規 模 で 利 用 されている ( 日 本 では 比 較 的 軟 質 岩 盤 が 多 いため 地 下 貯 槽 の 建 設 が 難 しい ) ドイツのフントルフ 発 電 所 (290MW 1978 年 ) アメリカアラバマ 州 のマッキントッシュ 発 電 所 (110MW 1991 年 ) どちらのプロジェクトも 溶 解 採 鉱 法 で 岩 塩 を 取 り 除 いたタンクのような 空 洞 に 空 気 を 貯 蔵 している 上 記 の2カ 所 の CAES プラントでは 地 上 に 噴 き 出 た 空 気 を 天 然 ガスで 加 熱 体 積 や 速 度 を 増 加 させてタービンを 回 す すなわち 圧 縮 空 気 そのもので 発 電 している 訳 では 無 く 厳 密 には 電 力 貯 蔵 単 独 の 機 器 ではないため 効 率 などの 評 価 には 注 意 が 必 要 である ガスタービン 発 電 機 の 燃 料 の 約 3 分 の 2 が 空 気 の 圧 縮 に 消 費 されることから 効 率 は 約 50 パーセントと 言 われている 研 究 開 発 図 3-31 圧 縮 空 気 蓄 電 装 置 の 概 念 図 ( 出 典 :サ ンディア 国 立 研 究 所 のホームページ)

65 エネルギー 保 存 システム 65 圧 縮 空 気 貯 槽 建 設 の 低 コスト 化 が 必 要 となる 水 封 式 : 硬 質 岩 盤 のある 場 所 で 地 下 水 の 圧 力 で 空 気 の 漏 れを 防 ぐ 神 岡 鉱 山 にて 実 証 実 験 立 て 杭 方 式 : 軟 質 岩 盤 で 鋼 管 を 利 用 し 空 洞 を 建 設 する 地 下 の 空 洞 を 用 いずに なんらかのタンクを 用 いる 日 本 での 実 証 実 験 海 外 の 事 例 では 地 下 貯 槽 空 洞 は 岩 塩 層 内 に 建 設 されているが 岩 塩 層 は 日 本 国 内 には 少 なく 国 内 で CAES の 実 用 化 を 図 るためには 地 下 貯 槽 空 洞 の 機 密 機 能 を 図 る 必 要 がある 電 力 中 央 研 究 所 では 水 封 方 式 ( 空 洞 周 辺 の 地 下 水 により 漏 気 を 防 ぐ 方 式 )を 提 案 し 神 岡 鉱 山 内 で 水 没 していた 旧 坑 道 を 利 用 して トンネル 形 式 の 実 験 用 貯 槽 空 洞 を 建 設 し 実 証 実 験 を 実 施 している SustainX 社 51 米 ニューハンプシャー 州 レバノンにある 2007 年 設 立 のベンチャー 企 業 52 ダートマス カレッジのセイヤー 工 科 大 学 院 の 技 術 者 によって 創 設 圧 縮 空 気 を 利 用 したエネルギー 貯 蔵 のための 実 用 規 模 の 転 換 技 術 を 開 発 電 気 を 利 用 してシリンダー 内 部 のピストンを 駆 動 すること によって 空 気 を 圧 縮 する 高 圧 縮 空 気 は 地 上 の 管 に 貯 蔵 さ れる その 後 エネルギーに 変 換 するために このシステム は 貯 蔵 された 空 気 を 使 用 して 同 じピストンを 駆 動 代 わり に 発 電 機 を 動 かす 図 3-32 SustainX 社 の 圧 圧 縮 および 膨 張 の 際 に 空 気 をほぼ 一 定 の 温 度 に 保 つために 縮 空 気 蓄 電 装 置 ( 出 典 : 同 温 度 ないしは 圧 力 などシリンダー 内 部 の 状 態 の 計 測 利 用 を 社 ホームページ) 対 象 としている 空 気 温 度 を 制 御 する 一 つの 方 法 は シリ ンダーを 通 じて 水 を 吹 きかけることである ほぼ 一 定 ( 等 温 )の 空 気 温 度 を 維 持 するた めに SustainX は 圧 縮 空 気 のエネルギー 貯 蔵 の 効 率 性 を 著 しく 向 上 させている DOE からの 補 助 金 の 他 大 手 の VC から 出 資 を 受 けている 同 社 の 変 換 エネルギー 貯 蔵 技 術 は ICAES ( 商 標 Isothermal Compressed-Air Energy Storage)と 呼 んでいる LightSail 社 カリフォルニア 州 バークレーにあるスタートアップ 会 社 53 Bill Gates, Total(France), Khosla Ventures 初 め 著 名 大 手 が 資 金 を 出 している 密 度 の 高 い 霧 状 の 水 分 を 圧 縮 空 気 のタンク 内 にスプレーするというやり 方 で 空 気 の 圧 縮 中 に 発 生 する 熱 が 水 分 に 吸 収 される

66 エネルギー 保 存 システム 66 この 水 分 は 空 気 ( 気 体 )にくらべてはるかに 効 率 よく 熱 を 保 存 することができる さら に この 霧 状 の 水 分 のおかげでライトセイルのプロトタイプでは エネルギーの 保 存 や 回 収 が 従 来 の 装 置 に 比 べてずっと 容 易 にできるという 米 国 における 圧 縮 空 気 蓄 電 施 設 米 国 における 圧 縮 空 気 蓄 電 施 設 のリストを 下 記 する 稼 働 中 が3カ 所 で 合 計 113 メガワットの 出 力 能 力 がある ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 状 況 プロジェクト 名 方 式 出 力 (kw) 持 続 時 間 ( 時 : 分 ) ( 計 画 中 ) Apex Bethel Energy Center Compressed Air 317, 時 間 Texas 米 国 ( 計 画 中 ) 稼 働 中 ( 計 画 中 ) 稼 働 中 稼 働 中 ( 建 設 中 ) Pacific Gas and Electric Company Advanced Underground Compressed Air Energy Storage McIntosh CAES Plant Next Gen CAES using Steel Piping Texas Dispatachable Wind SustainX Inc Isothermal Compressed Air Energy Storage Alliant Techsystems (ATK) Launch Systems Demonstration Project In-ground Compressed Air Storage In-ground Natural Gas Combustion Compressed Air Storage Modular Compressed Air Storage In-ground IsoThermal Compressed Air Storage Modular IsoThermal Compressed Air Storage Modular Compressed Air Storage 州 300, 時 間 Californ ia 110, 時 間 Alabama 9,000 4 時 間 30 分 New York 2, 時 間 Texas 1,500 1 時 間 New Hampshir e 分 Utah 国 名 米 国 米 国 米 国 米 国 米 国 米 国 米 国 以 外 で 圧 縮 空 気 を 用 いた 蓄 電 施 設 の 一 覧 は 下 記 である 最 大 は ドイツの 321MW のシステムで 2 時 間 持 続 出 来 る ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 状 況 プロジェクト 名 方 式 稼 働 中 稼 働 中 ( 建 設 中 ) Kraftwerk Huntorf Huntorf CAES Plant Adele CAES Project In-ground Natural Gas Combustion Compressed Air Storage In-ground Natural Gas Combustion Compressed Air Storage In-ground IsoThermal Compressed Air Storage 出 力 (kw) 持 続 時 間 ( 時 : 分 ) 州 国 名 321,000 2 時 間 Elsfleth Germany 290,000 3 時 間 Huntorf Germany 200,000 5 時 間 稼 働 中 l Highview Pilot Plant Liquid Air Energy Storage 時 間 Sachsen- Anhalt Germany Berkshir e United Kingdom

67 エネルギー 保 存 システム フライホイール フライホイール バッテリー(Flywheel-battery)とは エネルギーの 保 存 方 法 の 1 つであり 電 気 が 持 つ エネルギーを 一 時 的 に 回 転 運 動 の 物 理 的 エネルギーに 変 換 することで 保 存 しておき 後 ほど 電 気 が 必 要 な 時 に 回 転 運 動 から 発 電 によって 電 気 を 得 るものである フライホイールの 適 用 車 でフライホイールを 利 用 して ドライバーがブレーキを 踏 むと 回 転 してエネルギーを 貯 蔵 し 車 両 が 加 速 するときにそのエネルギーを 放 出 する グリッドに 繋 ぎ 短 い 時 間 内 の 電 圧 の 変 化 を 吸 収 し 周 波 数 変 動 を 抑 える(アンシラリーサービス) 無 停 電 電 源 装 置 としての 利 用 円 盤 を 超 高 速 回 転 させ 電 気 エネルギーを 回 転 の 運 動 エネルギーとして 貯 蔵 し 瞬 間 停 電 時 には 回 転 の 運 動 エネルギーを 電 気 エネルギーに 変 換 して 電 源 を 供 給 するタイプの 無 停 電 電 源 装 置 がある 内 蔵 バッテリーを 持 たないので バッテリー 交 換 などのメンテナンスが 不 要 となるメリットがある 特 徴 単 純 な 構 造 であり 長 寿 命 で 保 守 が 簡 単 低 温 時 の 性 能 劣 化 がない 貯 蔵 エネルギー 量 が 容 易 に 判 る 事 故 発 生 時 に 特 別 な 安 全 対 策 が 求 められる 容 量 は 少 なて 良 いが 瞬 発 力 が 求 められる 所 に 使 われる スーパーキャパシタ や リチウムイオンキャパシタ と 同 じジャンルである 構 造 真 空 ポンプによって 真 空 に 保 たれた 格 納 容 器 の 中 に フライホイール(ローター)とモーター 兼 発 電 機 が 1 本 の 軸 で 自 由 に 回 転 できるように 取 り 付 けられている 容 器 を 真 空 に 保 つのは フライホイールの 回 転 抵 抗 を 低 くするためである また 軸 受 けにも 非 接 触 型 の 磁 力 軸 受 けなどを 採 用 することで 回 転 による 抵 抗 を 軽 減 している 磁 気 軸 受 けには 保 守 の 手 間 を 軽 減 するという 利 点 もある 材 質 フライホイールは 比 強 度 ( 材 料 強 度 を 密 度 で 割 った 値 )の 高 いものが 求 められるため 炭 素 繊 維 強 化 樹 脂 (CFRP)のような 材 質 が 使 用 される モーター 兼 用 の 発 電 機 はギャップを 広 めにとった 強 力 な 永 久 磁 石 を 備 えたブラシレス モーターが 使 われる モーター 兼 用 の 発 電 機 は 格 納 容 器 の 外 のインバーターに 電 線 で 接 続 され 充 電 時 と 放 電 時 に はこれらが 逆 に 働 き 他 の 電 池 と 同 様 に 電 気 エネルギーを 蓄 えることができる 試 作 例 本 田 技 術 研 究 所 34.7 kg の 本 体 重 量 で 2.5 万 回 転 / 分 から 5 万 回 転 / 分 程 度 の 回 転 速 度 で 250Wh のエネルギー を 保 存 して 最 大 出 力 15 kw を 生 み 出 した 充 放 電 効 率 は 93% 以 上 でエネルギー 密 度 は 7.2 Wh/kg 出 力 密 度 は 432 W/kg であった 比 較 として 日 産 ディーゼル( 当 時 現 UD トラックス ) 社 製 のキャパシタ ハイブリッド 中 型 トラックでは エネルギー 密 度 は 6 Wh/kg 出 力 密 度 は 600 W/kg であったので ほぼ 同 等 であると 云 える

68 エネルギー 保 存 システム 68 ビーコンパワー(Beacon Power) 下 図 の 様 に 電 力 網 に 繋 がるフライホイールの 開 発 製 造 で 実 績 があるが 2013 年 に 経 営 難 に 陥 り Chapter 11 を 申 請 テンポラルパワー カナダ オンタリオ 州 石 油 天 然 ガス 採 掘 におけるディーゼルエンジン 発 電 機 向 け の 補 助 電 源 などで 実 績 を 積 み 重 ねている ウイリアムズハイブリッドパワー 社 ( 英 国 ) 54 F1 マシンに 適 用 ( 親 会 社 は F1 で 有 名 な 会 社 ) 55 F1 は 2009 年 シーズンからレースマシンにフライホイール を 搭 載 することを 認 めており 急 加 速 が 必 要 な 際 に 短 時 間 馬 力 が 追 加 できるようになっている ポルシェ 911 GT3 R ハイブリッドに 提 供 したほか 2012 年 にアウディがル マン 24 時 間 に 投 入 した R18 e-tron クアト ロにも 提 供 同 年 のル マン 24 時 間 レースで 総 合 優 勝 を 飾 った 56 図 3-33 Beacon 社 のフライホイ ールの 内 部 構 造 ( 出 典 :DoE) のろのろ 運 転 の 都 市 交 通 車 両 特 にブレーキをよく 使 う 大 型 バスや 配 達 トラックなどに 理 想 的 に 適 合 すると 考 えている バスの 燃 料 消 費 が 20% 低 減 されるので バス 会 社 はフライホイール システムへの 投 資 は 5 年 間 で 回 収 できるだろうと 語 る バスの 使 用 期 間 は 通 常 18 年 である ウィリアムズは ゴー-アヘッド グループ PLC が 運 営 する 6 台 のロンドン バスで 実 地 試 験 を 始 めている また ジャガー ランドローバーPLC に 協 力 しており ジャガーC-X75 プラグイン ハイブリッド スーパーカーにはフライホイール システムが 搭 載 されている 上 記 以 外 にも 下 記 の 会 社 がフライホイールの 開 発 を 行 っている Amber Kinetics Vycon Active Power ( Vycon ( Caterpillar Flywheel UPS ( Powerware Flywheel UPS ( PCI ( CM Technololgy ( KST Rotary Solutions ( Precise Power Corporation ( PowerThru ( フライホイール 蓄 電 設 備 米 国 でのフライホイールをグリッドに 接 続 した 蓄 電 施 設 を 下 表 に 纏 める 57 最 大 は ニューヨーク 州 に 設 置 された 20MW のシステムで 15 分 間 持 続 出 来 る ( 前 ページの 写 真 ) F1#F1.E4.BB.A5.E5.A4.96.E3.81.AE.E6.B4.BB.E5.8B

69 エネルギー 保 存 システム 69 ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 稼 働 状 況 稼 働 中 稼 働 中 ( 建 設 中 ) 稼 働 中 ( 契 約 完 ) プロジェクト 名 Beacon Power 20 MW Flywheel Frequency Regulation Plant (Stephentown, NY) Beacon Power 20 MW Flywheel Frequency Regulation Plant (Hazle Township, PA) LA Metro Wayside Flywheel Energy Strorage System San Ramon Beacon Flywheel Energy Storage System Amber Kinetics Flywheel Energy Storage Demonstration 出 力 (kw) 稼 働 時 間 州 国 名 20, 分 New York 米 国 6, 分 Pennsylvan ia 米 国 2, 秒 California 米 国 分 California 米 国 10 1 時 間 California 米 国 米 国 以 外 でフライホイールを 用 いた 蓄 電 施 設 の 一 覧 は 下 記 である 最 大 は まだ 建 設 中 であるが ドイツの 524MW のシステムで 6 秒 間 持 続 出 来 る ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 稼 働 状 況 稼 働 中 プロジェクト 名 ASDEX-Upgrade Pulsed Power Supply System 出 力 (kw) 稼 働 時 間 ( 時 : 分 ) 州 国 名 524,800 6 秒 Munchen ドイツ 稼 働 中 JET Fusion Flywheel 400, 秒 Oxfordshire 英 国 稼 働 中 ( 建 設 中 ) ( 契 約 完 ) 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 稼 働 中 Institute of Plasma Physics (IPP) Flywheel System Clear Creek Flywheel Wind Farm Project NRStor Minto Flywheel Energy Storage Project Lanzarote PowerStore Flywheel Project Leinster Nickel Operation PowerStore Flywheel Project Kalbarri Wind Farm Project PowerStore Flywheel Project Coral Bay PowerStore Flywheel Project Marble Bar PowerStore Flywheel Project Ross Island PowerStore Flywheel Project Flores (the Azores) PowerStore Flywheel Project Graciosa (the Azores) PowerStore Flywheel Project La Gomera PowerStore Flywheel System 70,000 3 秒 Prague チェコ 5, 秒 Ontario カナダ 2,000 9 秒 Ontario カナダ 1, 秒 Lanzarote スペイン 1, 秒 1, Western Australia 36 秒 Western Australia 36 秒 Ross Island 36 秒 Western Australia 36 秒 Western Australia 36 秒 36 秒 秒 ( 建 設 中 ) Smart ZAE Flywheel Project 分 The Azores The Azores Canary Islands Midi Pyrenées オースト ラリア オースト ラリア オースト ラリア オースト ラリア ニュージ ーランド ポルトガ ル ポルトガ ル スペイン フランス

70 エネルギー 保 存 システム 70

71 エネルギー 保 存 システム スキーリフト 方 式 のエネルギー 貯 蔵 揚 水 発 電 と 似 た 考 えであるが 水 の 代 わりに 石 (や 重 いもの)を 用 いる 揚 水 発 電 は 水 源 地 に 上 池 下 池 の 確 保 が 必 要 であり 立 地 に 制 約 があり また 近 辺 の 生 態 系 に 影 響 を 与 える 為 に 新 規 の 増 設 が 困 難 となっている そのため 同 じ 考 えかたで 重 力 ( 位 置 )エネルギーを 用 いて 蓄 電 する 即 ち 電 力 が 余 っている 際 に 重 量 物 をより 高 い 場 所 に 移 動 さ せ 電 力 が 不 足 する 際 にその 重 量 物 をリフトに 乗 せて 下 降 させて 発 電 器 を 動 かす 充 電 : 電 力 に 余 裕 のある 時 にこれ らの 重 量 物 をリフトで 高 い 所 に 持 ち 上 げる 放 電 : 電 力 が 必 要 になった 際 に これらの 重 量 物 をリフトに 載 せ その 重 み( 重 力 )で 発 電 機 を 動 か す Energy Cache 社 ( 58 )は 既 にリフ ト1 基 のパイロットプラントを 作 成 しデモを 行 っている この 会 社 には Bill Gates も 出 資 し 発 明 者 に 名 前 を 出 している こちら 59 で デモの 映 像 を 見 る 事 が 可 能 図 3-34 電 気 の 余 力 のある 時 に 重 量 物 を 持 ち 上 げるリフト ( 出 典 :Energy Cache 社 のホームページ)

72 エネルギー 保 存 システム 熱 的 エネルギー 貯 蔵 熱 と 言 うエネルギー 形 態 で 電 気 エネルギーを 保 存 する 方 法 である 61 英 語 では Thermal energy storage (TES)とも 言 う 太 陽 熱 発 電 施 設 に 併 設 されるケースが 多 い 太 陽 熱 発 電 施 設 は 太 陽 光 を 多 くの 鏡 で 集 光 し そ の 焦 点 にある 物 質 を 温 めその 熱 で 発 生 させた 水 蒸 気 で 蒸 気 タービンを 回 転 させる 発 電 方 式 である この 発 電 では 昼 間 に 太 陽 熱 の 一 部 を 蓄 熱 する 事 で 夜 間 も 発 電 可 能 となる この 方 式 は 太 陽 光 風 力 発 電 などの 出 力 が 変 動 蓄 熱 材 料 する 発 電 と 蓄 電 池 を 組 み 合 わせて 夜 間 に 給 電 する システムと 比 べ 安 価 という 利 点 があるため 地 中 海 沿 岸 諸 国 アメリカ オーストラリア 中 国 等 で 実 用 化 を 目 指 した 開 発 がなされている 単 位 重 量 当 たりの 比 熱 や 融 解 潜 熱 が 大 きい アルカリ 金 属 ハロゲン 系 や オキシ 酸 塩 系 の 溶 融 塩 が 使 用 されている 図 3-35 スペイングラナダ 近 郊 の 太 陽 熱 発 電 所 に 付 随 する 溶 融 熱 蓄 熱 設 備 50MW を 7.5 時 間 蓄 電 可 能 ( 出 典 :WikiPedia) イタリアシチリア 島 のシラクサ 近 くで2010 年 7 月 に 運 用 を 開 始 したアルキメデス 太 陽 熱 発 電 所 ではKNO 3 (40%)-NaNO 3 (60%) 溶 融 塩 1300トンを 蓄 熱 材 とし 290 Cの 溶 融 塩 を540 Cに 昇 温 する 時 の 顕 熱 として 80MWhthのエネルギーを 蓄 熱 する これは 同 発 電 所 の7 時 間 分 の 発 電 エネルギーに 相 当 する 米 国 において 稼 働 中 または 建 設 中 の 蓄 熱 発 電 施 設 のリストを DoE のデータベースより 転 載 する 最 大 は Solana Solar Generating Plant の 280MW( 継 続 時 間 :6 時 間 )である ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 稼 働 状 況 プロジェクト 名 分 類 出 力 (kw) 継 続 時 間 州 国 稼 働 中 Solana Solar Generating Plant 蓄 熱 280,000 6 時 間 Arizona 米 国 稼 働 中 稼 働 中 Nevada Solar One Solar Power Plant Pennsylvania ATLAS (Aggregated Transactive Load Asset) 蓄 熱 72, 分 Nevada 米 国 蓄 熱 2,010 5 時 間 Pennsylvania 米 国 稼 働 中 Holaniku at Keahole Point 蓄 熱 2,000 2 時 間 Hawaii 米 国 稼 働 中 VCharge Maine ATLAS (Aggregated Transactive Load Asset) 蓄 熱 時 間 Maine 米 国 稼 働 中 VCharge Concord Pilot 蓄 熱 時 間 Massachusetts 米 国 ( 建 設 中 ) Rice Solar Energy Project 蓄 熱 150,000 8 時 間 California 米 国 ( 建 設 中 ) Crescent Dunes Solar Energy Project 蓄 熱 110, 時 間 Nevada 米 国 61

73 エネルギー 保 存 システム 73 また 米 国 以 外 の 国 において 稼 働 中 または 建 設 中 の 蓄 熱 発 電 施 設 のリストを DoE のデータベース より 転 載 する 最 大 は まだ 建 設 中 であるが チリの 太 陽 熱 発 電 所 付 随 の 施 設 で 360MW を 10 時 間 半 貯 蔵 可 能 である ( 出 典 :DOE の 蓄 電 プロジェクトリスト) 稼 働 状 況 プロジェクト 名 分 類 出 力 (kw) ( 建 設 中 ) ( 建 設 中 ) (アナウン ス) Pedro de Valdivia CSP Solar Plant NOOR I (Ouarzazate) CSP Solar Plant 蓄 熱 360,000 継 続 時 間 ( 時 : 分 ) 10 時 間 30 分 蓄 熱 160,000 3 時 間 Ashalim 2 Solar Power Plant 蓄 熱 110,000 4 時 間 30 分 ( 建 設 中 ) KVK Energy Solar Project 蓄 熱 100,000 4 時 間 ( 建 設 中 ) Diwikar CSP Plant 蓄 熱 100,000 4 時 間 ( 建 設 中 ) KaXu Solar One 蓄 熱 100,000 3 時 間 (アナウン ス) Xina Solar One Power Plant 蓄 熱 100,000 5 時 間 州 Antofagasta Region Souss-Massa- Drâa Negev Rajasthan Rajasthan Northern Cape Province Northern Cape Province 国 Chile Morocco Israel India India South Africa South Africa

74 エネルギー 保 存 システム 次 世 代 二 次 電 池 (2020 年 量 産 ターゲット) 以 下 に 2020 年 前 後 の 量 産 を 目 標 に 改 良 試 作 が 進 められている 次 世 代 二 次 電 池 について 記 述 する まだこえなければいけない 壁 は 多 い 物 の 4 5 年 内 には 量 産 化 の 目 処 がたちそうな 技 術 である 次 世 代 二 次 電 池 の 目 標 のエネルギー 密 度 は セル 換 算 で 300Wh 400Wh/kg である (なお 2014 年 の セルの 実 績 は 220Wh/kg 程 度 である ) 4.1. 次 世 代 リチウムイオン 二 次 電 池 現 在 上 市 されている 各 種 の リチウムイオン 二 次 電 池 は 改 良 型 とされ エネルギー 密 度 安 全 性 ともに 10 年 前 の 2000 年 代 に 比 べて 格 段 に 向 上 し 電 動 車 両 や 定 置 型 への 適 用 が 始 まった しかし 車 載 用 や 定 置 用 向 けに 今 後 大 規 模 に 使 われるには コスト 面 性 能 面 安 全 面 等 でまだ 不 十 分 であり 日 々 改 良 が 進 んでいる 2020 年 の 量 産 をターゲットとした 場 合 大 きく 言 って 電 極 材 料 の 改 良 電 解 質 の 固 体 化 が 大 きく 進 むと 思 われる 次 世 代 向 け 負 極 材 料 セルの 電 気 容 量 を 増 加 させるためには 充 電 時 にリチウムイオン(Li + )を 正 極 からできるだ け 多 く 負 極 に 移 動 させ 負 極 の 活 性 剤 にできるだけ 多 く 格 納 する 必 要 がある そのためには 正 極 負 極 それぞれの 充 放 電 容 量 を 増 加 させる 必 要 があるが 負 極 がグラフ ァイト(C の 層 状 構 造 )ではリチウムイオン(Li + )1 個 を 格 納 するために 炭 素 原 子 (C)6 個 が 必 要 となり 充 電 できる 電 気 容 量 に 限 界 がある( 最 大 理 論 容 量 値 : 372 mah/g) 炭 素 系 以 外 としては 負 極 に チタン 酸 リチウム を 採 用 した 二 次 電 池 が 東 芝 から 上 市 さ れているが 容 量 値 はやはり 低 い 炭 素 系 も チタン 酸 リチウム も 容 量 密 度 は 低 く 電 池 全 体 のエネルギー 密 度 を 向 上 させるネックとなっている 現 在 リチウムイオン 電 池 の 負 極 には 電 極 電 位 がほぼリチウムと 同 じで 比 較 的 大 きな 理 論 容 量 と 良 好 な 寿 命 特 性 を 示 す 炭 素 黒 鉛 系 材 料 が 主 に 使 用 されている リチウムイオンをできるだけ 多 く 格 納 (インタカレート)できる 新 しい 負 極 材 料 の 実 現 が 切 望 されており 現 在 色 々な 機 関 でシリコンや 合 金 を 用 いた 負 極 活 性 剤 の 研 究 が 進 んで いる

75 エネルギー 保 存 システム 75 図 4-1 負 極 材 料 のロードマップ( 出 典 :NEDO ロードマップ 2013 より) シリコンやスズの 合 金 を 負 極 材 料 に 使 う 方 法 負 極 の 更 なる 高 容 量 化 のためには 合 金 系 負 極 材 料 等 へのチャレンジングな 取 り 組 みが 必 要 である リチウムは 多 様 な 金 属 と 合 金 を 形 成 することが 知 られている これらの 合 金 系 負 極 は 電 位 はリチウムや 炭 素 黒 鉛 系 材 料 より 高 いものの 高 容 量 化 が 可 能 である 例 えば シリコン(Si) ゲルマニウム(Ge) スズ(Sn)の 単 元 素 物 質 が Li-Si Li-Ge Li-Sn の リチウム 合 金 を 形 成 することにより 負 極 にリチウムイオンを 貯 蔵 する 方 式 で ある (グラファイト 負 極 で 用 いる インサーション ではない ) これは 原 子 1 個 当 たり 最 大 4.4 個 のリチウムイオンと 反 応 するため 理 論 容 量 が 大 きく 黒 鉛 系 材 料 (370mAh/g)に 比 べて 高 容 量 を 達 成 することができる Li-Si : ,200mAh/g Li-Ge : 1,600mAh/g Li-Sn : 990mAh/g 問 題 点 しかし シリコン 系 やスズ 系 の 負 極 は 自 身 の 数 倍 という 多 数 の 原 子 を 取 り 込 むため 充 放 電 での 体 積 変 化 が 非 常 に 大 きく 3 倍 程 度 に 膨 れあがる このリチウムとの 合 金 / 脱 合 金 反 応 時 の 体 積 変 化 は 電 極 材 料 である 微 結 晶 の 崩 壊 など を 招 き 充 放 電 による 容 量 の 低 下 を 招 きかねず 粒 子 が 粉 砕 (pulverization)され 電 子 が 移 動 する 通 路 が 切 れる 電 気 的 孤 立 (electrical isolation) 現 象 が 発 生 する これらは サイクル 特 性 が 急 速 に 減 少 する 原 因 になってリチウム 合 金 系 物 質 の 商 用 化 の 可 能 性 を 阻 害 することにある

76 エネルギー 保 存 システム 76 対 策 これらの 金 属 のナノ 構 造 を 作 る シリコンナノワイヤーを 用 いる シリコンナノワイ ヤーに 更 に 被 膜 する 等 各 機 関 で 研 究 が 進 んでいる 添 付 資 料 に 示 す 米 国 のベンチャー 企 業 の 多 くも この 点 に 力 を 入 れて 数 千 回 の 充 放 電 に 耐 えられる 負 極 材 料 を 開 発 している Si-O-C Si-O-C は ハードカーボンと 似 た 組 成 や 性 質 を 持 ち 体 積 膨 張 率 が 小 さく(10%) 低 温 に 強 く 急 速 な 充 放 電 にも 強 く 比 容 量 も 1,000mAh/g と 高 いと 言 う( 東 レ ダウ コーニング) 積 水 化 学 工 業 積 水 化 学 工 業 が 2013 年 12 月 に 発 表 した 現 状 の3 倍 の 容 量 を 備 えるラミネート 型 セル では 負 極 材 料 に Si 系 を 用 いている 具 体 的 には Si と Si 酸 化 物 に 導 電 材 となる 炭 素 系 材 料 を 複 合 したと 言 う なお このセルのエネルギー 密 度 は 340Wh/kg である スタンフォード 大 学 のアプローチ シリコンナノチューブ(SNT) を 負 極 に 用 いて 上 記 の 体 積 の 増 大 を 吸 収 する 方 法 等 がスタンフォード 大 学 等 より 提 案 されている 62,63,64 研 究 チームは 過 去 5 年 間 シリコン 負 極 の 耐 久 性 向 上 に 取 り 組 んできており ナノ ワイヤの 外 側 にシリコン 層 を 形 成 してから 中 身 をくりぬいて DWSiNT 負 極 とする 技 術 を 開 発 最 新 の 研 究 では 酸 化 ケイ 素 (セラミック)の 薄 膜 1 層 を DWSiNT にコーティングす ることによって ナノチューブの 外 壁 が 膨 張 から 保 護 され ダメージを 受 けないよう にしているとのこと シリコンは 内 側 の 中 空 部 に 向 かって 膨 らむため 膨 張 による 負 極 への 影 響 がなく また 内 側 中 空 部 が 十 分 小 さいため 電 解 質 の 分 子 が 内 部 に 入 り 込 んでくることもないという 今 後 (NEDO ロードマップ 2013 より) 合 金 系 負 極 は 大 きな 体 積 変 化 や 不 可 逆 容 量 微 粉 化 による 短 寿 命 化 等 の 解 決 すべき 課 題 は 多 いが シリコン 等 コス トや 資 源 的 に 優 位 な 材 料 も 多 いため 更 なる 研 究 開 発 が 望 まれる また 高 出 力 化 のために ナノオーダーの 活 物 質 と 導 電 材 との 接 合 技 術 の 確 立 が 必 要 であり 安 全 性 向 上 には 負 極 表 面 での 電 解 液 の 分 解 反 応 抑 制 等 のための 表 面 修 飾 法 等 の 検 討 も 進 める 必 要 がある 但 し 負 極 の 電 位 が 低 いことは 上 記 課 題 の 解 決 の 上 での 技 術 的 な 困 難 さももたらして おり 高 電 位 負 極 も 念 頭 に 置 いて 安 全 性 寿 命 コスト 等 を 含 めた 検 討 も 必 要 であ り 実 用 化 にはまだ 時 間 がかかると 思 われる なお 下 表 に 炭 素 (グラファイトとハードカーボン) スズ シリコンの 特 性 の 違 いを 纏 め る スズとシリコンは 容 量 密 度 が 高 いが 膨 張 率 も 高 い ( 各 種 資 料 を 元 に Stepwest が 作 成 )

77 エネルギー 保 存 システム 77 材 料 質 量 あたりの 容 体 積 あたりの 容 電 位 膨 張 率 量 (mah/g) 量 (mah/l) (V vs Li/Li+) グラファイト( 黒 ~0.1V 110% 鉛 ) スズ(Sn) 990 7, ~0.1V 300% シリコン(Si) 3,600~4,200 9, V 400% カーボン 系 を 継 続 して 負 極 材 料 に 使 う 方 法 層 構 造 の 黒 鉛 (グラファイト)では 理 論 値 (372mAh/g)を 越 える 事 が 出 来 ないが 新 炭 素 素 材 の 開 発 が 進 んでいる 新 炭 素 素 材 として 大 口 径 ( 直 径 が 150nm)の 多 層 カーボンナノチューブ(CNT)を 負 極 への 添 加 剤 として 用 いると 充 放 電 サイクルを 繰 り 返 した 際 の 容 量 低 下 を 防 ぐ 効 果 が 得 られると いう( 昭 和 電 工 ) NEC は 電 総 研 と 田 中 科 学 研 究 所 と 共 同 で カーボンナノホーン の 形 状 を 取 る 負 極 材 料 の 試 作 を 行 っている 65 単 層 カーボンナノチューブ(CNT)とグラフェン(グラファイトの 単 層 )を 組 合 せる 事 で 高 い エネルギー 密 度 を 得 る 方 法 を 物 質 材 料 研 究 機 構 (NIMS)が 提 案 3 層 CNT を 用 いる 負 極 材 料 を 東 京 大 学 が 開 発 中 図 4-2 正 極 材 料 のロードマップ( 出 典 :NEDO ロードマップ 2013 より) 65

78 エネルギー 保 存 システム 次 世 代 向 け 正 極 材 料 次 世 代 の 正 極 材 料 としては (1) 電 位 が 高 く (2) 容 量 密 度 が 大 きく (3) 繰 り 返 しの 充 放 電 でも 構 造 が 変 わらず (4) 高 温 でも 酸 素 を 放 出 しなく (5)レアメタルを 使 わない 素 材 が 求 められてい る 二 次 電 池 が 保 持 出 来 るエネルギー 密 度 (Wh/kg)は 電 圧 (V) と 電 極 材 料 の 容 量 密 度 (Ah/kg) の 積 であり かつ 電 圧 (V) は 正 極 と 負 極 の 電 位 差 である よりエネルギー 密 度 をあげる 為 に は 電 極 材 料 の 容 量 密 度 を 上 げ 正 極 の 電 位 をより 高 くする 改 良 が 重 要 である 現 在 正 極 に 使 われている コバルト 酸 リチウム(LiCoO 2 ) 3 元 系 (Li(Ni-Mn-Co)O 2 ) マンガン 酸 リチウム(LiMn 2 O 4 ) リン 酸 鉄 リチウム(LiFePO 4 ) などの 理 論 容 量 は 200Ah/kg 以 下 であり 電 位 は 3.5V 4.2V 程 度 である 上 に 示 す NEDO の 正 極 材 料 ロードマップにあるように 固 有 体 系 (Li 2 MnO 3 -LiMO 2 ) や ケイ 酸 (シリコン) 塩 系 (Li 2 MSiO 4 ) は 高 い 容 量 密 度 を 示 す フッ 化 リン 酸 塩 系 (Li 2 MPO 4 F) も 高 い 平 均 電 位 と 容 量 密 度 を 持 つ いずれの 正 極 材 料 も 2018 年 から 2020 年 頃 の 量 産 化 を 目 指 している 固 溶 体 系 固 溶 体 (こようたい solid solution)とは 2 種 類 以 上 の 元 素 ( 金 属 の 場 合 も 非 金 属 の 場 合 も ある)が 互 いに 溶 け 合 い 全 体 が 均 一 の 固 相 となっているものをいう 非 金 属 元 素 同 士 が 互 いに 溶 け 合 った 場 合 は 混 晶 (こんしょう)ともいう( 固 溶 体 とほぼ 同 じ 意 味 で 使 われる) 合 金 や 鉱 物 に 多 く 見 られる 固 溶 体 を 作 ることによって 材 料 を 強 化 することを 固 溶 強 化 という 66 次 世 代 リチウムイオン 二 次 電 池 向 けに 電 気 化 学 的 に 不 活 性 の 層 状 の Li 2 MnO 3 (Li[Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 )と 電 気 化 学 的 に 活 性 な 層 状 の LiMO 2 との 固 溶 体 の 研 究 が 進 んでいる 67 この 場 合 化 学 式 (Li 2 MnO 3 -LiMO 2 )の M は 金 属 ( 遷 移 ) 元 素 を 表 し Ni(ニッケル)や Mn(マンガ ン) Co(コバルト)などの 金 属 が 入 る Li 2 MnO 3 の 理 論 容 量 は 344mAh/g もの 高 容 量 であるが 不 活 性 である 他 方 LiMO 2 は 活 性 である が その 理 論 容 量 は 280 mah/g 程 度 ( 実 際 の 容 量 は 150Ah/kg 程 度 )で 小 さい そこで 両 者 を 固 溶 体 化 してその 組 成 をより Li 2 MnO 3 側 に 近 づけ 高 容 量 を 引 き 出 しつつ 後 者 の 高 活 性 な 性 質 を 利 用 しようというものである 固 溶 体 系 正 極 材 料 ( 上 図 では 薄 緑 色 )は 現 行 の 正 極 材 料 の 2 倍 近 い 比 容 量 (~250Ah/kg)を 備 える 上 Mn をベースとするため 材 料 コストを 低 減 できる 熱 安 定 性 にも 優 れる 現 在 各 社 で 研 究 試 作 が 活 発 に 行 われている 66 固 溶 体 67

79 エネルギー 保 存 システム リン 酸 塩 系 リン 酸 マンガン リチウム(LiMnPO4) オリビン 系 構 造 のリン 酸 塩 系 の 正 極 材 料 であり 比 容 量 はそれほど 大 きくないものの 高 電 圧 化 が 可 能 と 言 われる 既 に LiFePO 4 (リン 酸 鉄 )は 何 社 かのメーカーで 実 用 化 されているが Li に 対 する 電 圧 が 3.4V 程 度 と 低 い Fe を Mn に 置 換 える 事 により Li に 対 する 電 位 を LiFePO 4 に 対 して 0.7V ほど 高 い 4.1V にできる また 同 材 料 はリン(P)と 酸 素 が 強 固 に 結 び 付 き, 高 温 になっても 酸 素 を 放 出 しにくいた め, 熱 暴 走 が 起 こりにくく 安 全 性 が 高 いと 言 われる リン 酸 バナジウム リチウム(Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 ) 同 じくオリビン 系 構 造 のリン 酸 塩 系 の 材 料 として,リン 酸 バナジウム リチウム(Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 )も GS ユアサ 等 より 提 案 されている この 材 料 は LiFePO 4 と 同 等 の 安 全 性 を 期 待 できる 上, 理 論 容 量 は 197mAh/g と LiFePO 4 や LiMnPO 4 よりも 25Ah/kg 以 上 高 い さらに Li に 対 する 電 位 を LiFePO 4 よりも 0.4V ほど 高 い 3.8V 程 度 にできるが 4V 以 下 で ある フッ 化 リン 酸 塩 系 フッ 化 リン 酸 塩 系 (Li 2 MPO 4 F:M は 遷 移 元 素 )も 高 い 平 均 電 位 と 容 量 密 度 ( 理 論 容 量 が 280Ah/kg 程 度 )を 持 つ 上 図 ではピンク 色 である フッ 化 リン 酸 鉄 リチウム(Li 2 FePO 4 F) が 研 究 試 作 されている 三 元 系 +リン 酸 鉄 リチウムオン 二 次 電 池 三 元 系 (Li(Ni-Mn-Co)O 2 )の 活 物 質 に 重 量 ベースで 約 10% 程 度 のリン 酸 鉄 リチウム( LiFePO 4 )を 混 合 した 複 合 タイプの 正 極 材 料 を GS ユアサが 2012 年 11 月 発 表 している 68 これは 新 エネルギー 産 業 技 術 総 合 開 発 機 構 (NEDO)からの 委 託 を 受 け 2008 年 度 から 取 り 組 んできた Li-EAD プロジェクト によるものである 三 元 系 活 物 質 だけで 構 成 される 正 極 材 料 を 用 いたリチウムイオン 電 池 は SOC(State of Charge)が 50% 程 度 のときと 比 べて SOC が 30% 以 下 の 低 SOC 領 域 になると 出 力 密 度 が 大 幅 に 低 下 するという 問 題 があった これに 対 して 今 回 混 合 したリン 酸 鉄 リチウムは 三 元 系 の 活 物 質 よりも 酸 化 還 元 電 位 が 低 い このため 低 SOC 領 域 における 出 力 密 度 の 低 下 を 抑 制 する 効 果 が 得 られるという 実 際 に 新 開 発 の 正 極 材 料 を 用 いたリチウムイオン 電 池 は SOC が 50%のときの 出 力 密 度 が 2770W/kg であるのに 対 して SOC が 30% 以 下 に 落 ちても 1450W/kg の 出 力 密 度 を 確 保 で きている まだ 研 究 段 階 で 量 産 はされていない 68

80 エネルギー 保 存 システム 80

81 エネルギー 保 存 システム 全 固 体 電 池 全 固 体 電 池 とは 電 解 質 を 液 体 では 無 く 固 体 にした 二 次 電 池 であり 次 世 代 二 次 電 池 の 一 つとして 期 待 されている 現 在 のリチウムイオン 二 次 電 池 ( 特 に コバルト 酸 リチウムイオン 二 次 電 池 ))で 問 題 となって いる 発 火 爆 発 等 の 問 題 が 起 きず またエネルギー 密 度 を 高 くする 事 が 可 能 であると 考 えられて いる 量 産 化 にはまだまだ 越 えなければいけない 壁 が 多 いが 5 年 以 内 の 量 産 実 現 可 能 性 が 高 く NEDO のロードマップでは 革 新 電 池 には 分 類 され ていない 全 固 体 電 池 のメリット リチウムイオン 二 次 電 池 は 高 容 量 化 を 図 るため 負 極 材 料 を 電 流 容 量 が 高 いシ リコン 系 などに 変 更 しようとしている 負 極 材 料 とともに 正 極 材 料 の 高 容 量 化 も 重 要 となるが 正 極 材 料 にはすぐに 電 流 容 量 を 高 められる 有 力 な 候 補 がない ( 酸 素 硫 黄 を 正 極 に 使 うにはまだ 時 間 がかかる) そのため 正 極 材 料 では 電 流 容 量 は 同 じな がら 高 電 圧 化 してエネルギー 密 度 を 向 上 させる いわゆる 5V 系 正 極 材 料 の 利 用 を 目 指 している ところが 5V 系 正 極 材 料 を 用 いようとする と 従 来 の 有 機 電 解 液 では 電 解 液 が 分 解 し てしまい 電 池 の 電 圧 を 上 げられない 図 4-3 薄 膜 型 固 体 電 池 とバルク 型 固 体 電 池 ( 大 阪 府 立 大 学 のウエブサイトより) そこで 電 位 窓 69 が 広 いとされる 固 体 電 解 質 を 用 いることで,5V 系 正 極 材 料 を 積 極 的 に 利 用 することができる バルク 型 全 固 体 電 池 次 節 で 延 べる 薄 膜 型 の 固 体 電 池 と 異 なり 微 粒 子 を 積 層 することによって 作 製 され 電 極 層 に 電 極 活 物 質 を 多 量 に 導 入 することによって 電 池 容 量 を 大 きくできる 特 長 がある バルク 型 全 固 体 電 池 の 実 用 化 を 図 るためにはいくつものハードルがあるが とくに(1) 室 温 で 高 い 導 電 率 を 示 す 固 体 電 解 質 の 開 発 (2) 良 好 な 電 極 - 電 解 質 固 体 界 面 の 構 築 という 二 つの ポイントがあげられる. 69 電 位 窓 = 溶 媒 と 塩 から 成 る 電 解 液 が 酸 化 還 元 反 応 を 示 さない 電 圧 の 範 囲 のこと 溶 媒 と 塩, 電 極 材 料 によって 決 まる 固 体 電 解 質 は 固 体 であり, 電 極 材 料 と 電 解 質 の 界 面 がひとたび 反 応 するとそれ 以 上 に 反 応 が 進 みにくいことから, 有 機 電 解 液 に 比 べて 分 解 しにくく, 電 位 窓 が 高 いとされる

82 エネルギー 保 存 システム 82 バルク 型 全 固 体 電 池 では 電 極 層 内 にもリチウムイオンの 伝 導 経 路 としての 固 体 電 解 質 を 用 いることから 粒 子 間 の 接 触 抵 抗 ( 粒 界 抵 抗 )も 含 めた 導 電 率 が 高 く 電 極 活 物 質 とのあ いだで 界 面 形 成 が 容 易 な 固 体 電 解 質 の 開 発 が 望 まれている 固 体 電 解 質 の リチウム 硫 黄 電 池 や リチウム 空 気 電 池 への 応 用 革 新 二 次 電 池 として 注 目 される リチウム 硫 黄 電 池 や リチウム 空 気 電 池 70 とい った 次 世 代 電 池 の 実 現 にも, 固 体 電 解 質 は 重 要 な 役 割 を 果 すと 考 えられる リチウム 硫 黄 電 池 では 正 極 材 料 に 硫 黄 (S) 系 材 料 を 用 いるが, 有 機 電 解 液 を 用 いる と 硫 黄 (S)が 電 解 液 中 に 溶 け 出 す 問 題 がある 固 体 電 解 質 を 利 用 できれば こうした 問 題 を 解 消 できる 究 極 の 電 池 とされる Li 空 気 電 池 については 正 極 に 空 気 を 通 す 構 造 が 必 要 となる そのため 液 体 ではない 固 体 電 解 質 の 方 が 電 極 構 造 の 簡 略 化 が 図 れる 可 能 性 がある 全 固 体 電 池 の 電 解 質 の 種 類 とその 特 徴 全 固 体 電 池 (バルク 型 )の 固 体 電 解 質 は 無 機 物 系 と 高 分 子 系 に 大 別 できる 無 機 物 系 はイオン 伝 導 度 が 高 いのが 特 徴 であり さらに 硫 化 物 系 と 酸 化 物 系 に 分 けられる 高 分 子 系 は 製 造 工 程 の 簡 易 化 が 可 能 だが 低 温 特 性 に 課 題 が 残 る 無 機 物 系 区 分 硫 化 物 系 固 体 電 解 質 酸 化 物 系 固 体 電 解 質 特 徴 10-2 S/cm と 電 解 液 並 みのイオン 伝 導 度 を 備 える 材 料 が 開 発 試 作 されている 次 世 代 の 正 極 材 料 である 硫 黄 (S)と 同 じ 硫 化 物 であるので 相 性 が 良 い 課 題 固 体 電 解 質 の 共 通 の 問 題 である 電 極 活 物 質 と 固 体 電 解 質 との 界 面 での 抵 抗 が 高 いこと 硫 化 物 系 は 水 と 反 応 すると 硫 化 水 素 71 (H 2 S)が 発 生 す ることから 電 解 質 の 作 製 から 電 池 を 組 み 立 てるま で 湿 度 に 対 して 何 らかの 対 策 が 必 要 となる 硫 化 物 系 よりは 低 いが 10-3 S/cm のイオン 伝 導 度 を 達 成 する 電 解 質 が 登 場 してきた 酸 化 物 系 は 硫 化 物 系 に 比 べて 製 造 時 の 取 り 扱 いが 容 易 なこ とから, 硫 化 物 系 並 みの 性 能 を 有 する 酸 化 物 系 の 開 発 に 注 目 が 集 まっている 課 題 こうした 特 性 を 備 える 酸 化 物 系 は 結 晶 構 造 を 有 してお り 粒 界 抵 抗 により 性 能 が 低 下 してしまう 課 題 が 残 っている 70 Li 空 気 電 池 = 正 極 に 大 気 中 の 酸 素 を 利 用 するため, 質 量 当 たり,および 体 積 当 たりのエネルギー 密 度 が 飛 躍 的 に 向 上 することから, 究 極 の 電 池 として 研 究 されている ただ, 空 気 極 での 還 元 反 応 の 難 しさなどが 指 摘 されている 71 硫 化 水 素 (りゅうかすいそ 英 : hydrogen sulfide)は 化 学 式 H 2 S をもつ 硫 黄 と 水 素 の 無 機 化 合 物 無 色 の 気 体 で 腐 卵 臭 を 持 つ

83 エネルギー 保 存 システム 83 高 分 子 系 固 体 電 解 質 ロールツーロールで 製 造 可 能 高 分 子 のため セルに 柔 軟 性 を 持 たせる 事 が 可 能 課 題 低 温 特 性 が 悪 い イオン 伝 導 度 が 低 いため 大 きな 電 力 での 入 出 力 が 出 来 ない 薄 膜 型 全 固 体 電 池 液 体 の 電 解 液 を 使 用 しない 固 体 電 解 質 二 次 電 池 の 一 種 であり 薄 膜 製 造 方 法 を 用 い 製 造 する 前 記 の 大 容 量 向 けのバルク 型 の 全 固 体 電 池 の 量 産 化 はまだ 先 だが 本 節 で 記 述 する 薄 膜 方 式 は 少 量 ではあるが 既 に 量 産 出 荷 されている その 特 徴 は 下 記 の 通 りである 薄 膜 型 全 固 体 電 池 では 蒸 着 等 の 気 相 法 72 を 用 いて 薄 膜 を 積 層 することにより 良 好 な 電 極 - 電 解 質 間 の 固 体 界 面 接 合 を 実 現 している 薄 膜 電 池 はすでに 実 用 化 されており 40,000 サイクルの 充 放 電 を 行 ってもほとんど 容 量 劣 化 が 生 じず サイクル 寿 命 に 優 れている 蓄 電 出 来 る 容 量 は 少 ないが 薄 いコンタクトレンズ 内 への 装 着 等 の 特 殊 な 用 途 への 適 用 が 期 待 されている 73 世 界 中 で 研 究 開 発 がなされているが 既 に 数 社 が 製 品 化 出 荷 している 72 気 相 法 : 気 相 から 薄 膜 を 作 製 する 手 法 で, 代 表 的 な 手 法 とし ては, 真 空 蒸 着 法 やパルスレーザー 堆 積 法,スパッタ 法 など がある. 73

84 エネルギー 保 存 システム 超 伝 導 磁 気 エネルギー 貯 蔵 (SMES) 超 伝 導 エネルギー 貯 蔵 システム(SMES: Superconducting Magnetic Energy Storage System)と は 超 伝 導 コイルで 作 ったマグネットに 永 久 電 流 を 流 して 磁 気 エネルギーを 保 存 する コイル に 電 気 抵 抗 が 原 理 的 にゼロである 超 伝 導 線 を 用 いて 閉 ループにすると 電 流 は 損 失 なく 永 久 に 流 れ 続 ける 貯 蔵 される 電 流 は 直 流 電 流 なので 系 統 連 係 には 交 直 変 換 器 が 必 要 となる 冷 却 機 システムと 冷 却 したコイルを 保 存 するクライオスタットが 必 要 となる メリット デメリット 変 換 効 率 が 高 い 応 答 が 速 い 冷 却 効 率 支 持 構 造 物 への 応 力 の 問 題 から 装 置 が 大 型 化 して しまうため 立 地 条 件 に 制 約 がある 超 伝 導 コイルや 冷 却 機 のコストが 高 い 実 績 シャープ 亀 山 工 場 では 10MJ 貯 蔵 システ ム( 出 力 10MW 1 秒 間 )が 瞬 停 補 償 用 と して 稼 働 している 研 究 開 発 低 温 超 電 導 線 に 代 わる 高 温 超 電 導 線 材 の 開 発 により 冷 却 機 動 力 の 軽 減 次 世 代 イットリウム 系 高 温 超 電 導 線 材 の 長 尺 化 によるコストダウン 図 4-4 シャープ 亀 山 工 場 の 超 伝 導 電 力 貯 蔵 装 置 ( 出 典 : 中 部 電 力 ) 応 力 を 低 減 させる 電 磁 力 平 衡 コイルの 開 発 東 工 大 日 光 において 小 規 模 20MJ 5.5kWh 級 貯 蔵 システム( 出 力 10MW)の 検 証 運 転 温 度 4K, 電 流 1350A, 電 圧 1100V 負 荷 平 準 化 目 的 の 大 規 模 システムの 概 念 100MWh 貯 蔵 システム 超 伝 導 コイル: 直 径 数 百 メートル 100 万 トン 交 流 直 流 変 換 システム:サイリスタブリッジ 回 路 ヘリウム 冷 凍 機 :20kW 系 統 安 定 化 目 的 の 中 規 模 システムの 概 念 500kWh 貯 蔵 システム 超 伝 導 コイル: 直 径 72 メートル 導 体 電 流 50kA

85 エネルギー 保 存 システム 85 交 流 直 流 変 換 システム: 変 換 器 容 量 100MW 5. 革 新 二 次 電 池 (2030 年 量 産 ターゲット) 以 下 に 現 在 研 究 開 発 段 階 にある 次 々 世 代 の 革 新 二 次 電 池 について 記 述 する これらは 現 在 量 産 中 または 量 産 が 近 い 改 良 型 リチウムイオン 二 次 電 池 や 次 世 代 二 次 電 池 (2020 年 量 産 ターゲット) の 数 倍 から 数 十 倍 のエネルギー 密 度 を 目 標 に 各 国 の 研 究 機 関 や 企 業 で 研 究 開 発 が 進 められている NEDO のロードマップ(2013)では 2030 年 頃 に 要 求 される 現 行 の 電 池 系 では 到 達 し 得 ないよ うな 高 い 性 能 を 達 成 し 得 る 可 能 性 がある 電 池 系 を 革 新 電 池 系 としている 同 ロードマップでは 革 新 電 池 の 例 として 金 属 - 空 気 電 池 リチウム 硫 黄 電 池 金 属 負 極 電 池 等 を 挙 げている いずれも 企 業 国 の 研 究 機 関 大 学 での 研 究 段 階 であり まだ 実 現 には 安 全 性 や 製 造 方 法 の 確 立 等 で 10 年 から 15 年 の 長 い 時 間 がかかる 物 と 思 われる 図 5-1 革 新 電 池 の 種 類 と 性 能 (NEDO ロードマップ 2013 より)

86 エネルギー 保 存 システム 金 属 空 気 電 池 金 属 空 気 電 池 とは 正 極 活 物 質 として 空 気 中 の 酸 素 負 極 活 物 質 として 金 属 を 用 いる 電 池 の 総 称 である 電 池 に 内 蔵 されていない 空 気 ( 酸 素 )を 正 極 活 物 質 とすることから 現 行 のリチウムイオン 二 次 電 池 よりも 高 エネルギー 密 度 化 が 期 待 できる 電 池 系 であり 革 新 型 二 次 電 池 として 車 載 用 への 実 用 化 が 期 待 されてい るが 二 次 電 池 化 ( 充 電 可 能 化 )が 非 常 に 難 しい 金 属 空 気 電 池 の 種 類 リチウム 空 気 電 池 74 亜 鉛 空 気 電 池 75 アルミ ニウム 空 気 電 池 鉄 空 気 電 池 などの 種 類 が 提 案 されている 単 位 重 量 当 たりの 電 気 エネルギー 密 度 が 最 も 大 きい リ チウム 空 気 電 池 を 対 象 にした 研 究 が 多 く 行 われてい る 理 論 値 は リチウム 空 気 電 池 で 11,140Wh/kg アルミニウム 空 気 電 池 で 8,100 Wh/kg である 図 5-2 充 電 が 出 来 ないタイプの 亜 鉛 空 気 電 池 補 聴 器 用 の 電 池 として 使 われている( 出 典 : 電 池 工 業 会 ) なお 2013 年 において 自 動 車 向 けに 使 用 される 一 般 的 な リチウムイオン 二 次 電 池 の 単 位 重 量 当 たりの 電 気 エネルギー 密 度 は 100~200Wh/kg 程 度 ( 電 池 パック)である トヨタ 自 動 車 でも 活 発 に 研 究 が 行 われている 76 また トヨタ 自 動 車 と BMW の 共 同 研 究 案 件 の 一 つとなっている 77 繰 り 返 しの 充 放 電 のできない 一 次 電 池 としての 亜 鉛 空 気 電 池 は 医 療 機 器 や 通 信 機 器 用 のボタン 電 池 としてすでに 商 用 化 されている (シールで 密 封 した 状 態 で 提 供 され 使 用 開 始 時 にシールを 剥 がし 空 気 穴 をあけることで 放 電 が 始 まる) メリット 問 題 点 1 正 極 ( 空 気 側 )の 高 性 能 化 が 困 難 金 属 空 気 電 池 は 電 池 に 内 蔵 されていない 空 気 ( 酸 素 )を 正 極 活 物 質 とすることから リチウムイオン 二 次 電 池 よりも 高 いエネル ギー 密 度 化 ( 理 論 値 で 15 倍 以 上 )が 期 待 できる これは ほぼガソリンのエネルギー 密 度 に 匹 敵 する 正 極 ( 空 気 ) 側 で 空 気 中 から 酸 素 を 吸 収 し これを 水 酸 化 物 イオンに 変 換 する 必 要 があるが 酸 素 はイオン 化 の 進 行 速 度 が 劣 り 電 池 全 体 のボトルネックになりやすい ( 負 極 は 金 属 ( 亜 鉛 リチウム 等 )であり イオン 化 傾 向 が 高 い) これが 単 位 重 量 あたりの 出 力 を 向 上 させる 際 に 大 きな 課 題 とな る 空 気 電 池 75 空 気 亜 鉛 電 池 上 記 の 問 題 点 への 対 策 として 正 極 側 に 用 いられる 多 孔 質 炭 素 電 極 に 対 して フッ 素 化 合 物 を 含 有 させること で 酸 素 溶 解 性 を 向 上 させる 方 式 が 提 案 されている

87 エネルギー 保 存 システム 87 問 題 点 2 二 次 電 池 化 が 困 難 充 電 すると 負 極 ( 金 属 )の 化 学 的 性 質 が 不 安 定 になり デンド ライト( 金 属 樹 ) 成 長 を 起 こすため 短 絡 が 生 じ 充 電 サイクルを 稼 ぐことが 難 しい 充 電 すると 正 極 ( 空 気 極 )に 使 用 している 炭 素 材 料 ( 多 孔 質 炭 素 電 極 )が 酸 化 消 耗 してしまう 放 電 時 に 正 極 ( 空 気 極 ) 側 で 酸 素 が 触 媒 により 酸 化 して Li 2 O 2 と なるが 充 電 時 にはこれを 還 元 させなければならない 二 次 電 池 化 が 困 難 な 問 題 に 対 しては 以 下 の2つのアプローチが 提 案 されている 電 極 を3つにする 方 式 ( 三 電 極 方 式 ) 上 記 の 様 に 充 電 すると 負 極 活 物 質 ( 金 属 )の 化 学 的 性 質 が 不 安 定 になるため 負 極 を 2つ 用 意 する 三 電 極 方 式 と 言 う 方 式 も 提 案 されている これは 放 電 では 負 極 に 多 孔 質 炭 素 材 料 が 使 用 され 充 電 では 非 酸 化 性 の 多 孔 質 金 属 材 料 などを 用 い これを 自 動 で 切 り 替 える 方 式 である 右 図 は 産 総 研 の 提 案 している 構 成 であり 充 電 用 専 用 電 極 を 持 つ 79 図 5-3 リチウム- 空 気 電 池 の 構 成 の 一 つ 充 電 専 用 電 極 を 持 つ 左 図 : 放 電 時 右 図 : 充 電 時 ( 出 典 : 産 総 研 ホームページ) 充 電 ( 二 次 電 池 化 )を 諦 め 電 極 交 換 式 にする 場 合 上 記 の 通 り 二 次 電 池 化 が 大 変 難 しいのでこれを 諦 め 負 極 剤 ( 金 属 )と 電 解 質 を 交 換 して しまうという メカニカル 充 電 ( 交 換 ) 方 式 も 提 案 されている 金 属 燃 料 (リチウム 等 )は 流 体 ではないので 電 池 パック 内 の 複 数 の 電 池 セル 毎 に 負 極 だ けを 交 換 したり 正 極 側 電 解 液 だけを 交 換 することは 困 難 であり 電 池 パックごとの 交 換 に なる(なお 水 素 燃 料 電 池 は 水 素 だけを 補 給 すればよく また 生 成 物 の 水 だけを 排 出 でき る) 自 動 車 向 けに メカニカル 充 電 ( 交 換 ) 方 式 を 実 用 化 する 場 合 交 換 式 金 属 電 極 の 規 格 化 が 必 要 である また 放 電 したあとの 金 属 電 極 を 精 錬 して 再 び 金 属 電 極 とするために 多 大 なエネルギーが 必 要 となる 金 属 を 再 生 する 必 要 エネルギーが 大 きくエネルギー 収 支 上 問 題 があるだけでなく 工 業 レ ベルで 安 価 に 再 生 する 技 術 的 な 目 処 も 立 っていない 状 況 である 79

88 エネルギー 保 存 システム ナトリウムイオン 電 池 現 在 実 用 化 されているなかで エネルギー 密 度 が 一 番 高 い 二 次 電 池 は リチウムイオン 二 次 電 池 であるが 下 記 する 様 に リチウム 元 素 の 資 源 量 が 限 られるため 高 価 になる リチウム 元 素 は 地 殻 中 にわずか 0.002%しか 存 在 しないレアメタルである 現 在 日 本 はその 全 量 を 海 外 (チリ 中 国 ロシア アメリカなど)からの 輸 入 に 依 存 して おり また 産 出 国 が 限 られることから 政 情 などに 価 格 が 左 右 されている 80 リチウムイオン 二 次 電 池 の 普 及 とともに 資 源 価 格 が 高 騰 (1990 年 以 来 100% 上 昇 ) 電 気 自 動 車 の 普 及 につれ リチウムの 需 要 が 急 増 すれば 価 格 上 昇 の 速 度 は 加 速 される 恐 れ がある このため リチウムを 使 わない より 安 価 で 製 造 出 来 る 新 しい 二 次 電 池 の 開 発 が 進 んでいる 今 後 の 製 品 化 が 期 待 される ナトリウムイオン 二 次 電 池 の 特 徴 は 下 記 の 通 りである メリット リチウムイオン 二 次 電 池 よりも 大 きな 電 流 を 取 り 出 すことができ る( 出 力 密 度 が 高 い) ナトリウムは 海 水 にふんだんに 存 在 することから 原 料 が 安 く 低 コスト 化 しやすい 金 属 ナトリウムを 用 いる 場 合 安 全 性 が 疑 問 視 デメリット ナトリウムは 蓄 電 量 が 少 ない(NaCoO 2 の 蓄 電 容 量 は LiCoO 2 の 場 合 の 半 分 )このため エネルギー 密 度 はリチウムイオン 二 次 電 池 に 劣 る 蓄 電 容 量 と 寿 命 を 両 立 することが 従 来 まで 難 しく 解 決 すべき 問 題 が 多 く 存 在 する リチウムイオン 電 池 の 負 極 に 使 われる 黒 鉛 (グラファイト 等 ) には ナトリウムイオン(Na + )は 挿 入 されない (ナトリウムイ オンを 負 極 に 収 納 する 素 材 や 方 法 が 必 要 になる) 低 価 格 で 大 容 量 化 が 可 能 なため 用 途 としては 風 力 太 陽 光 などの 自 然 エネルギーの 蓄 電 余 剰 電 力 の 蓄 電 など スマートグリッド 社 会 における 重 要 なインフラとなる 可 能 性 を 持 っている 81 出 力 密 度 は 高 いが エネルギー 密 度 が 低 いため 電 気 自 動 車 用 電 源 として 用 いるには エネルギ ー 密 度 の 向 上 が 必 要 になる 現 在 研 究 開 発 が 行 われている 構 成 は 下 記 である 東 京 理 科 大

89 エネルギー 保 存 システム 89 部 材 の 種 類 正 極 負 極 電 解 質 バインダー/セパレータ ー 特 徴 ナトリウムを 含 有 する 遷 移 金 属 酸 化 物 や セラミッ クス 材 料 (NaNi 0.5 Mn 0.5 O 2 ) 炭 素 材 料 Ti 酸 化 物 など (ハードカーボン) 上 記 の 様 に ナトリウムイオン を 負 極 に 収 納 する 素 材 や 方 法 が 必 要 になる 有 機 溶 媒 イオン 液 体 無 機 塩 (NaPF 6, NaTFSA) 高 分 子 材 料 越 えなければいけない 問 題 点 は 沢 山 あるが 各 研 究 機 関 大 学 ベンチャー 企 業 で 現 在 もその 性 能 は 進 化 を 続 けている 5.3. リチウム 硫 黄 (Li-S)フロー 電 池 米 SLAC 国 立 加 速 器 研 究 所 とスタンフォード 大 学 の 研 究 チームが 新 構 造 のリチウム 硫 黄 フロー 電 池 を 開 発 したと 発 表 した 82,83 従 来 のレドックスフロー 電 池 と 比 べて 構 造 が 単 純 で 材 料 コストも 安 くできるとのこと まだ 実 験 段 階 だが 現 状 のフロー 電 池 の 問 題 点 を 対 策 し 高 いエネルギー 密 度 を 達 成 出 来 る 革 新 型 蓄 電 システム として 面 白 いアプロー チである 既 存 のレドックスフロー 電 池 は バナジウムな どのレアメタルや 高 価 で 定 期 的 メンテナンス が 必 要 なイオン 交 換 膜 を 使 用 していることは レドックスフロー 電 池 のコスト 面 での 課 題 とな っている 図 5-4 SLAC とスタンフォード 大 学 が 開 発 中 のリチ ウム 硫 黄 フロー 電 池 イオン 交 換 膜 が 不 要 溶 液 が1 種 類 で 良 い ( 出 典 :スタンフォード 大 学 ) 今 回 の 提 案 循 環 させる 溶 液 が 1 種 類 だけでよく イオン 交 換 膜 も 必 要 としない 充 放 電 反 応 を 担 う 材 料 も 比 較 的 安 価 なリチウムと 硫 黄 を 用 いた 84 従 来 のリチウム 硫 黄 電 池 では 放 電 時 の Li 2 S 2 および Li 2 S 生 成 に 起 因 する 性 能 低 下 がみられ たが 今 回 の 電 池 では 硫 黄 と Li 2 S 4 の 間 だけ でサイクル 反 応 するように 正 極 電 解 液 を 設 計 することでこの 問 題 が 回 避 されているとのこと 目 標 性 能 年 3 月 8 日 付 け Energy & Environmental Science オンライン 版 に 論 文 が 掲 載 されている 84 新 型 フロー 電 池 は エーテル 溶 媒 に 多 硫 化 リチウム(Li2S8)を 溶 かした 正 極 電 解 液 と 固 体 の 金 属 リチウム 負 極 で 構 成 される 放 電 時 には 多 硫 化 リチウム 分 子 がリチウムイオンを 吸 収 充 電 時 には 溶 液 中 にリチウムイオンを 放 出 する

90 エネルギー 保 存 システム 90 理 論 上 溶 解 限 度 での 同 電 池 のエネルギー 密 度 は 重 量 密 度 170Wh/kg 体 積 密 度 190Wh/L と 高 い 研 究 チームは これを 実 証 するためにガラス 容 器 を 使 った 小 型 のリチウム 硫 黄 フロー 電 池 を 試 作 し 重 量 密 度 97Wh/kg 体 積 密 度 108Wh/L を 実 現 している サイクル 寿 命 については 2000 サイクル 後 も 200mAh/g の 容 量 が 維 持 されることが 確 認 され ている 5.4. リチウム 硫 黄 (Li-S) 電 池 リチウム 硫 黄 電 池 は リチウム 極 と 硫 黄 -カーボン 極 の 間 でのリチウムイオンの 交 換 によって 充 放 電 を 行 う 二 次 電 池 85 であり 革 新 型 二 次 電 池 の 一 つとして 期 待 されている 硫 黄 は 電 池 容 量 の 理 論 値 が 高 く 正 極 材 として 有 望 視 されているが 時 間 がたつと 溶 けてしま うため 現 在 のところ リチウム 硫 黄 電 池 の 実 用 性 能 は 制 約 されている スタンフォード 大 学 の 研 究 スタンフォード 大 学 の Y Cui たちは 活 性 物 質 を 効 果 的 に 保 持 する 金 属 酸 化 物 の 殻 に 保 護 された 拡 大 可 能 な 硫 黄 中 心 を 有 する 新 しい 正 極 ナノ 構 造 体 を 開 発 した 86 これを 用 いた 電 池 は ほぼ 理 論 的 予 測 どおりの 高 い 初 期 電 池 容 量 があり 1,000 回 以 上 の 充 放 電 サイクルが 可 能 となっている これは これまでに 開 発 されたリチウム 硫 黄 電 池 の 中 で 最 高 の 性 能 との 事 ナノ 構 造 を 持 つ 導 電 性 材 料 と 硫 黄 を 結 合 することによって 硫 黄 の 相 に 電 子 移 動 のための 大 きな 界 面 領 域 を 作 り 出 す この 目 的 を 達 成 するために 開 発 されたのが 多 孔 性 カーボンナノ 粒 子 のネットワーク 構 造 ナノ 粒 子 には 3~6nm 径 の 孔 が 開 いており 硫 黄 が 均 一 に 分 散 することによって ほとん どすべての 硫 黄 原 子 がリチウムイオンを 受 容 可 能 になるという 同 時 に 導 電 性 のあるカーボンのすぐ 近 くに 硫 黄 が 配 置 されるという 効 果 もあるとの 事 米 オークリッジ 国 立 研 究 所 の 全 固 体 リチウム 硫 黄 電 池 米 オークリッジ 国 立 研 究 所 (ORNL)の 科 学 者 らが リチウムイオン 電 池 のおよそ 4 倍 の 質 量 エネルギー 密 度 を 実 現 する 全 固 体 リチウム 硫 黄 電 池 を 開 発 した 87 この リチウム 硫 黄 電 池 は ORNL が 新 たに 開 発 した 硫 黄 (S)を 豊 富 に 含 む 素 材 を 正 極 に 用 いる これにリチウムの 負 極 と 固 体 電 解 質 を 組 み 合 わせることで エネルギー 密 度 の 高 い 全 固 体 リチウム 硫 黄 電 池 を 作 成 した 硫 黄 は 非 常 に 安 価 であるため リチウムイオン 電 池 と 比 較 して 大 幅 なローコスト 化 が 可 能 になる また 固 体 電 解 質 を 使 用 することで 液 漏 れや 発 火 の 心 配 もない 今 回 開 発 されたリチウム 硫 黄 電 池 は 摂 氏 60 度 で 300 回 充 放 電 を 繰 り 返 しても 1 グラム 当 たり 1,200mA/h を 保 つ これに 対 し リチウムイオン 電 池 の 場 合 は 1 グラム 当 たり 140~170mA/h が 平 均 的 である 85 sulfur_battery

91 エネルギー 保 存 システム 91 ただし このリチウム 硫 黄 電 池 の 出 力 電 圧 はリチウムイオン 電 池 の 半 分 程 度 であることか ら 質 量 エネルギー 密 度 はおよそ 4 倍 になる 5.5. ナノワイヤー 電 池 (シリコン 負 極 ) リチウムイオン 二 次 電 池 の 負 極 に シリコンナノワイヤー を 用 いる 方 法 シリコン(Si)は 炭 素 系 負 極 ( 黒 鉛 ほか)の 10 倍 のリチウムを 貯 蔵 するので 負 極 でのエネルギ ー 密 度 が 向 上 するため 充 電 池 の 体 積 を 減 らす 事 が 出 来 表 面 積 が 広 いので 充 放 電 が 早 くなる 88 しかし リチウムイオンの 出 入 りによってシリ コンが 数 倍 の 体 積 に 膨 らむことから 亀 裂 を 生 じ やすく 充 放 電 を 繰 り 返 した 際 の 劣 化 ( 容 量 低 下 )を 起 こしやすい 点 が 問 題 である この 対 策 として 色 々な 方 法 が 大 学 や 研 究 機 関 で 研 究 が 続 けられている 89 一 つの 方 法 は シリコン 材 料 をナノサイズ 化 す る 非 常 に 細 かい 粒 子 (ナノ 粒 子 )にすると 一 般 的 に 体 積 変 化 に 対 する 柔 軟 性 が 増 す 事 が 知 ら れている 図 5-5 シリコンナノワイヤーの 例 ( 出 典 : 独 立 行 政 法 人 物 質 材 料 研 究 機 構 ) このため 現 在 研 究 されているシリコン 系 負 極 はほぼ 全 てシリコンをナノ 粒 子 化 し それを 導 電 性 炭 素 などで 繋 いだ 構 造 となっている これに 対 し シリコン( 珪 素 )のナノワイヤーによって 覆 われたステンレスの 負 極 を 用 いる 構 造 がスタンフォード 大 学 や 他 の 機 関 より 提 案 されている このシリコンナノワイヤーは 以 下 の 特 徴 を 持 つ 非 常 に 長 いナノワイヤーを 電 極 として 利 用 する 事 で 電 極 末 端 までの 電 子 の 流 れをスムーズ にする 体 積 変 化 による 劣 化 はワイヤー 径 がナノサイズである 事 で 回 避 する さらにその 非 常 に 大 きな 表 面 積 のために Li イオンの 侵 入 も 容 易 で 高 速 での 充 放 電 を 可 能 と した 5.6. 多 価 カチオン 電 池 多 価 カチオン 電 池 は 1 価 のLi + に 替 えて2~3 価 の 価 数 を 有 する 金 属 イオンを 使 用 した 電 池 で あり Li+の2 ~3 倍 の 電 気 量 を 運 べることから 電 気 エネルギー 密 度 が 高 く 高 容 量 の 二 次 電 池 として 注 目 されている また 前 節 に 述 べた 様 に リチウム 元 素 は その 資 源 量 が 限 られるため 高 価 になる 88 二 次 電 池 #.E3.83.8A.E3.83.8E.E3.83.AF.E3.82.A4.E3.83.A4.E3.83.BC.E E E E3.83.AA.E3.83.BC 89

92 エネルギー 保 存 システム 92 また リチウムは 非 常 に 反 応 性 が 高 く 過 充 電 や 内 部 短 絡 が 発 生 すると 発 煙 発 火 など を 引 き 起 こし 電 池 の 安 全 性 に 問 題 があるが カルシウムはリチウムと 比 べ 融 点 も 高 く 安 全 性 は 高 いと 考 えられる 90 しかしながら Mg 2+ Ca 2+ Al 3+ などの 多 価 カチオンを 利 用 する 電 池 はカチオンの 移 動 制 御 が 難 しく 研 究 自 体 が 緒 に 就 いた 段 階 にあり 研 究 例 は 少 ない 二 次 電 池 /disp-a, html 91

93 エネルギー 保 存 システム リチウムイオン 二 次 電 池 の 安 全 性 と 対 策 リチウムイオン 二 次 電 池 は そのエネルギー 密 度 の 高 さと 引 き 換 えに 化 学 的 に 不 安 定 になりや すい 発 火 火 災 事 故 を 起 こす 危 険 性 があり 特 に 大 型 電 池 では 安 全 性 の 確 保 が 最 大 の 課 題 とな っている 過 去 数 年 の 間 にも パソコン 携 帯 電 話 航 空 機 (B-787) 等 で 発 火 や 熱 暴 走 等 の 事 故 が 起 きて いる 6.1. リチウムイオン 二 次 電 池 が 不 安 定 な 理 由 リチウムイオン 二 次 電 池 が 不 安 定 であるのは 下 記 の 理 由 による 加 熱 発 火 の 危 険 が 大 きいリチウム(Li)を 電 池 材 料 に 使 用 している 電 解 液 に 可 燃 性 の 非 水 溶 媒 を 使 用 している (ポリマー 電 池 は 違 う) 正 極 と 負 極 はセパレーターで 絶 縁 されては いるが セパレーターは 微 細 な 孔 が 開 い て いる 厚 さ 25μm 程 度 の 薄 いフィルムである 電 池 内 に 電 解 液 が 注 入 されているため 電 図 6-1 学 会 の 会 場 で 突 然 燃 えだしたソ 池 製 造 工 程 で 金 属 片 などの 異 物 が 混 入 する ニー 製 のリチウムイオン 二 次 電 池 と 金 属 異 物 がセパレーターを 突 き 破 って ( 出 典 : 報 道 資 料 ) 内 部 短 絡 を 起 こす 可 能 性 があり これによ り 発 熱 熱 暴 走 により 発 火 火 災 に 至 る 可 能 性 がある 正 極 材 料 にコバルトを 用 いている 場 合 コバルトは 温 度 の 上 昇 に 伴 って 酸 素 を 放 出 す るため 発 火 に 繋 がる (コバルト 以 外 の 素 材 でも 温 度 上 昇 に 伴 って 酸 素 を 放 出 す る ) 負 極 に 多 く 使 われる 黒 鉛 は 導 電 性 を 持 つ 為 に 内 部 短 絡 が 起 こると 負 極 に 一 気 に 電 流 が 流 れ 負 極 温 度 が 急 上 昇 してしまう また 黒 鉛 は 250 近 傍 になると 発 火 の 危 険 性 が 出 てくる 熱 暴 走 リチウムイオン 二 次 電 池 が 異 常 発 熱 や 発 火 を 起 こす 現 象 は 熱 暴 走 と 呼 ばれてい る 図 6-2 発 火 事 故 を 起 こした B-787 に 搭 載 されたリチウムイオン 二 次 電 池 ( 出 典 : 報 道 資 料 )

94 エネルギー 保 存 システム 94 熱 暴 走 は 何 らかのきっかけにより 電 池 内 部 の 特 定 部 材 が 発 熱 その 発 熱 がさらに 他 の 部 材 の 発 熱 を 引 き 起 こし 電 池 温 度 の 上 昇 が 続 くことで 起 きる 熱 暴 走 の 主 なきっかけには 内 部 短 絡 や 電 池 パックの 過 充 電 それらの 複 合 要 因 など がある 内 部 短 絡 が 起 きた 場 合 正 極 から 負 極 に 一 気 に 電 気 が 流 れることで 負 極 の 発 熱 を 引 き 起 こす 発 熱 した 負 極 は 正 極 を 加 熱 し 正 極 の 発 熱 反 応 を 引 き 起 こし 熱 暴 走 となる 過 充 電 が 起 きた 場 合 下 記 のメカニズムで 正 極 の 発 熱 を 引 き 起 こす リチウムイオン 二 次 電 池 の 充 電 は 正 極 材 料 中 からリチウムイオンを 引 き 抜 き 負 極 材 料 中 に 差 し 込 むことで 行 われる リチウムイオンが 引 き 抜 かれた 正 極 は 結 晶 構 造 が 不 安 定 になるため 充 電 時 に 正 極 か ら 抜 き 出 されるリチウムイオンは 一 定 範 囲 内 になるように 制 御 されている しかし 過 充 電 が 起 きると 過 剰 なリチウムイオンが 抜 き 出 され 正 極 材 料 の 結 晶 構 造 が 壊 れる この 結 晶 の 崩 壊 過 程 で 正 極 の 発 熱 反 応 が 起 き この 熱 が 負 極 を 熱 くし また 正 極 が 酸 素 を 放 出 し 熱 暴 走 となる 図 6-3 劣 化 してふくれあがった 携 帯 電 話 用 のリチウムイオン 二 次 電 池, 左 上 が 新 品 ( 出 典 :WikiPedia)

95 エネルギー 保 存 システム 安 全 対 策 の 概 要 自 動 車 向 けでは 熱 に 対 する 化 学 的 な 安 定 性 を 増 やす 為 に 電 極 材 質 や 電 解 質 材 料 の 改 良 が 進 んでいる 特 に 温 度 が 上 がった 際 に 酸 素 を 放 出 しやすいコバルトを 正 極 材 料 に 使 う ケースはほとんど 無 くなっている また バッテリーセルの 外 部 には 監 視 装 置 (バッテリーマネージメントシステム BMS)を 取 り 入 れられている こうした 対 策 にもかかわらずノートパソコンや 携 帯 電 話 において 異 常 過 熱 や 発 火 などがし ばしば 報 告 される 製 造 工 程 上 の 問 題 が 疑 われ 大 規 模 な 回 収 に 繋 がった 例 もある 現 在 の 材 料 を 用 いた 上 で 安 全 対 策 を 行 う 方 向 と 材 料 を 変 更 する 事 で 安 全 対 策 を 行 う 方 向 の2つがある 6.3. バッテリー 管 理 システム リチウムイオン 電 池 はその 内 部 の 安 全 を 確 保 する 為 に バッテリーセルの 外 部 にバッテリー 管 理 システム(BMS Battery Management System)を 使 用 する 92 BMS の 働 きは 以 下 の 通 りである 過 充 電 を 防 ぐ 過 放 電 を 防 ぐ 過 電 流 を 防 ぐ セルの 温 度 上 昇 を 管 理 する セル 電 圧 の 均 等 化 (セルバランス)を 図 る 上 記 のうち セルバランスは 下 記 の 通 り 非 常 に 大 事 である リチウムイオン 二 次 電 池 に 限 らず 一 般 的 に 全 ての 電 池 には 自 己 放 電 が 発 生 し これ を 完 全 に 食 い 止 めることはできない リチウムイオン 二 次 電 池 の 自 己 放 電 は 他 の 二 次 電 池 に 比 べると 非 常 に 小 さく 電 力 を 蓄 えておくのに 適 していると 言 える し か し 充 放 電 を 繰 り 返 していると 各 セルの 内 部 抵 抗 の 違 いで 使 用 中 にセル 容 量 の バラツキがどうしても 生 じてくる それらを 是 正 しないで 使 用 していると 過 放 電 過 充 電 に 至 るセルが 生 じて バッテリパックが 破 損 することになりかねない それを 防 ぐためには 各 セルの 容 量 バラツキを 是 正 する 機 能 および 過 充 電 過 放 電 の 保 護 機 能 が 必 要 となる バッテリマネージメントシステムは リチウムイオン 電 池 の 容 量 バラツキを 抑 制 する 容 量 バランサ 機 能 過 充 電 過 放 電 保 護 機 能 バッテリパック 内 の 各 セルの 状 態 を 検 知 し 上 位 のコントローラヘ 通 知 する 通 信 機 能 で 構 成 されている 92

96 エネルギー 保 存 システム 各 部 材 と 安 全 性 正 極 材 料 と 安 全 性 リチウムイオン 二 次 電 池 の 正 極 には(LiCoO 2 LiNiO 2 LiMn 2 O 4 など) 等 の 活 物 質 が 使 われ る これら 正 極 活 物 質 は 固 有 の 分 解 温 度 を 持 ち この 温 度 を 越 えると 熱 分 解 によって 酸 素 を 放 出 する 短 絡 や 過 充 電 が 起 こると 電 池 内 部 には 膨 大 な 熱 が 発 生 するが この 発 生 した 熱 によって 分 解 温 度 に 達 した 正 極 活 物 質 は 酸 素 を 放 出 するので 発 火 の 可 能 性 は 一 気 に 大 きくなる この 分 解 温 度 はそれぞれ 下 記 である LiMn 2 O 4 : 300 以 上 LiCoO 2 : 220 LiNiO 2 : 分 解 温 度 は 高 い 方 が 良 く 分 解 温 度 の 低 い LiNiO 2 は 最 も 酸 素 を 放 出 しやすい ゆえに 正 極 活 物 質 の 違 いによるリチウムイオン 電 池 の 安 全 性 は 一 般 的 に 下 記 の 順 であ るとされている LiMn 2 O 4 > LiCoO 2 > LiNiO 2 また 層 状 構 造 である LiCoO 2 や LiNiO 2 は 充 電 とともに 層 間 に 入 っているリチウムイオ ンが 無 くなる 為 に 層 間 距 離 が 拡 大 し 構 造 が 不 安 定 になり 過 充 電 時 の 熱 安 定 性 に 問 題 が あると 言 われている これに 対 し スピネル 構 造 である LiMn 2 O 4 は 充 電 時 リチウム 量 の 減 少 に 伴 い 層 間 距 離 が 減 少 するため 過 充 電 での 高 い 安 定 性 を 有 していると 言 われている また 正 極 活 物 質 として それ 自 体 の 理 論 電 気 容 量 が 約 150mAh/g の オリビン 型 構 造 を 持 っ た LiFePO 4 が 近 年 実 用 化 されており 車 載 用 リチウムイオン 電 池 用 の 正 極 活 物 質 とし ての 開 発 が 進 められている なお パナソニックが 製 造 しているリチウムイオン 二 次 電 池 の 円 筒 形 セル(テスラ 社 にも 供 給 している)は その 正 極 にニッケルを 用 いているが 各 種 の 対 策 (HRY:Heat Resistance Layer の 導 入 等 )を 行 う 事 で 安 全 性 を 確 保 しているとの 事 負 極 材 料 と 安 全 性 負 極 活 物 質 としては 一 般 的 に 炭 素 材 料 と 呼 ばれる 天 然 黒 鉛 人 造 黒 鉛 非 晶 質 炭 素 (ハードカーボン 黒 鉛 化 度 が 低 い) などが 使 用 されている ( 黒 鉛 とグラファイ トは 同 じである ) 炭 素 系 負 極 は 250 近 傍 になると 発 火 の 危 険 性 が 出 てくる 93

97 エネルギー 保 存 システム 97 内 部 短 絡 が 起 こると 負 極 に 一 気 に 電 流 が 流 れ 負 極 温 度 が 急 上 昇 してしまう 炭 素 系 負 極 ではない 酸 化 物 負 極 として チタン 酸 リチウム が 東 芝 によって 実 用 化 さ れている 急 速 充 放 電 サイクル 寿 命 熱 安 定 性 などに 優 れた 特 性 を 持 っていると 言 われ る チタン 酸 リチウム の 成 分 である 酸 化 チタンは 電 導 性 を 持 たないため 内 部 短 絡 が 起 こ っても 一 気 に 電 流 が 流 れることはなく 負 極 における 発 熱 反 応 は 穏 やかとなると 言 われて いる セパレーター 材 料 と 安 全 性 リチウムイオン 二 次 電 池 用 セパレータとして ポリエチレン ポリプロピレン またその 組 み 合 わせであるポリオレフィン 系 微 多 孔 質 セパレータが 使 用 されている ポリオレフィンは 優 れた 機 械 的 強 度 と 化 学 的 安 定 性 を 持 っており 安 全 性 を 保 つために シャットダウン 機 能 を 持 っている シャットダウン 機 能 とは 原 材 料 の 融 点 近 くで 空 孔 が 閉 塞 し 電 極 間 のイオンの 透 過 を 阻 止 すなわち 電 流 を 遮 断 し 温 度 上 昇 をストップする 役 割 を 果 たす 機 能 である 電 動 車 両 や 電 力 貯 蔵 システムなどの 高 容 量 化 用 途 では 耐 熱 性 に 優 れた 不 織 布 材 料 のセパ レータの 開 発 が 進 められている PET 系 不 織 布 また 耐 熱 性 を 重 視 したアラミド 繊 維 不 織 布 が 代 表 的 である これらのセパレータの 耐 熱 温 度 は 200 以 上 であり 高 温 での 収 縮 率 が 低 く 高 容 量 リチ ウムイオン 電 池 の 安 全 性 確 保 に 期 待 が 持 てる 6.5. 電 池 の 安 全 規 格 UL 規 格 リチウムイオン 二 次 電 池 を 対 象 とした 安 全 規 格 は UL(Underwriters Laboratories Inc. )の 規 格 がもっとも 有 名 である UL は 米 国 の 民 間 団 体 であり 米 国 の 公 的 な 規 格 ではないが 米 国 カナダで 販 売 するため にはデファクト スタンダードとも 言 うべきものである IEC や JIS 等 国 際 規 格 や 日 本 の 規 格 も 基 本 的 には UL 規 格 をベースとしている UL の リチウムイオン 電 池 セルに 関 する 規 格 としては UL1642 があり 電 池 パックとして は UL2054 等 用 途 に 応 じていくつかの 規 格 がある 国 際 規 格 としては IEC61960 があるが 上 述 のごとく UL1642 をベースとした 規 格 となって いる 日 本 電 池 工 業 会 は 独 自 のセルの 安 全 基 準 を 作 成 している しかし これは 業 界 の 基 準 であ って 規 格 ではない 釘 刺 し 試 験

98 エネルギー 保 存 システム 98 リチウムイオン 二 次 電 池 の 安 全 性 試 験 の 項 目 として 釘 刺 し 試 験 が 行 われることがある 釘 刺 し 試 験 は 満 充 電 状 態 のセルのほぼ 中 央 付 近 に 鉄 製 の 釘 を 貫 通 させるもので セルの 内 部 短 絡 のシミュレーション 試 験 であるといわれる 7. エネルギー 貯 蔵 システムのマーケット 7.1. 二 次 電 池 マーケットの 動 向 二 次 電 池 の 歴 史 は 1859 年 の 鉛 蓄 電 池 の 発 明 に 始 まり その 後 自 動 車 エンジン 始 動 用 電 装 部 品 用 に 1950 年 以 降 二 次 電 池 の 使 用 が 急 速 に 拡 大 した その 後 60 年 代 には ニカド 電 池 の 小 型 機 器 用 途 への 使 用 90 年 代 の 携 帯 電 話 PC デジタルカメラ 等 の 普 及 に 基 づくニッケ ル 水 素 電 池 リチウムイオン 電 池 の 需 要 拡 大 と 市 場 は 順 調 に 拡 大 した 近 年 では 97 年 のハイブリッド 車 上 市 以 降 需 要 が 高 まっている 自 動 車 用 二 次 電 池 再 生 可 能 エネルギーの 大 幅 導 入 やエネルギー 使 用 のスマート 化 等 に 伴 う 定 置 用 二 次 電 池 への 期 待 が 大 きくなっており より 大 容 量 蓄 電 が 可 能 な 二 次 電 池 への 需 要 が 高 まっている 二 次 電 池 の 世 界 市 場 は 2012 年 度 で 3.3 兆 円 程 度 であり 2020 年 に 9.5 兆 円 まで 成 長 する ことが 見 込 まれている 成 長 率 は 年 平 均 8.9% 程 度 と 非 常 に 堅 調 であり 中 でも 45%のシェア を 獲 得 しているリチウムイオン 電 池 は 現 在 携 帯 デバイス 用 に 多 く 使 用 されている 他 今 後 は 電 気 自 動 車 や 定 置 用 等 用 途 での 使 用 も 大 きく 期 待 されていることから 2020 年 度 までの 成 長 率 は 12.9%と 特 に 好 調 な 伸 びが 予 想 されている 現 在 上 市 している 二 次 電 池 は 鉛 蓄 電 池 ニカド 電 池 リチウムイオン 電 池 ニッケル 水 素 電 池 および NAS 電 池 であり フロー 電 池 は 実 用 化 間 近 である 研 究 開 発 中 の 電 池 では 全 固 体 電 池 金 属 空 気 電 池 ナトリウムイオン 電 池 等 がある モバイル 機 器 向 けの 小 型 リチウムイオン 電 池 の 市 場 は 2012 年 度 で 1.4 兆 円 であり 技 術 が 一 定 レベル 確 立 されていることもあり 今 後 は 年 10.2% 程 度 で 成 長 すると 予 想 されている バッテリーメーカーでは 近 年 中 国 や 韓 国 などの 新 興 国 メーカーの 参 入 が 顕 著 であり 市 場 競 争 が 非 常 に 激 しくなっている 一 方 大 型 リチウムイオン 電 池 の 市 場 に 関 しては 2012 年 度 はまだ 3,100 億 円 程 度 であるが 未 成 熟 であり 開 発 余 地 がかなり 大 きいことから 今 後 年 21.3%の 非 常 に 高 い 割 合 で 成 長 が 見 込 まれている 特 に 今 後 電 気 自 動 車 市 場 拡 大 に 伴 う 需 要 が 期 待 される 自 動 車 用 二 次 電 池 や 大 規 模 な 導 入 が 見 込 まれる 定 置 用 二 次 電 池 においては 今 後 めざましい 市 場 拡 大 が 期 待 される 一 方 二 次 電 池 の 新 たな 市 場 への 導 入 に 関 しては 様 々な 課 題 をクリアしていかなければなら ない たとえば 家 庭 で 使 用 される 定 置 用 二 次 電 池 に 関 しては 現 在 のところ 購 入 費 用 が 高 すぎ バッテリー 寿 命 以 上 に 回 収 期 間 を 要 することから 本 格 的 な 普 及 にあたっては 現 在 の 半 額 以 下 にコスト 低 減 することが 必 要 不 可 となっている 市 場 規 模

99 エネルギー 保 存 システム 99 市 場 規 模 に 関 しては 自 動 車 用 定 置 用 ともに 潜 在 的 需 要 は 非 常 に 大 きく 技 術 革 新 ととも に 飛 躍 的 に 拡 大 することが 予 想 される ある 程 度 市 場 が 確 立 されているモバイルデバイス 用 に 関 しても 売 上 が 好 調 なスマートフォ ンやタブレットに 牽 引 され 引 き 続 き 堅 調 な 伸 びが 期 待 される 自 動 車 用 二 次 電 池 について は 後 述 する 様 に 2010 年 の 108 億 円 より 2020 年 には 2 兆 8000 億 円 まで 急 速 な 市 場 拡 大 が 予 想 されている 定 置 用 二 次 電 池 の 市 場 動 向 に 関 しては 太 陽 光 発 電 と 風 力 発 電 の 出 力 抑 制 がない 場 合 2020 年 には 800 兆 円 規 模 に 達 すると 試 算 されており 自 動 車 用 二 次 電 池 を 大 きく 上 回 るビジネス チャンスが 期 待 される 出 力 抑 制 がある 場 合 200 兆 円 程 度 まで 大 幅 に 縮 小 するが それでもなおポテンシャルは 大 きい 携 帯 デバイス 用 は 現 在 二 次 電 池 の 最 大 市 場 であり 2013 年 度 は 約 8 千 億 円 規 模 である 1 兆 2 千 億 円 となる 2015 年 度 には 高 成 長 率 の 自 動 車 用 二 次 電 池 に 追 い 抜 かれると 予 想 さ れているが それでもなお 将 来 にわたり 確 実 な 市 場 拡 大 が 期 待 される 94,9596 図 7-1 あ 定 置 用 蓄 電 池 の 累 計 市 場 ( 出 典 : 世 界 スマートシティ 総 覧 2012 日 経 BPクリーンテック 研 究 所 )

100 エネルギー 保 存 システム 各 アプリケーションの 特 徴 各 マーケットの 特 徴 エネルギー 貯 蔵 方 式 は その 目 的 (アプリケーション)によって 特 徴 や 要 求 項 目 ( 優 先 順 位 ) が 異 なるが その 主 な 物 を 下 表 に 纏 める 97,98,99 特 徴 要 求 特 性 使 用 技 術 ( 現 在 及 び 将 来 ) 自 動 車 用 二 次 電 池 定 置 用 二 次 電 池 携 帯 デバイス 用 二 次 電 池 携 帯 デバイス 向 けとは 異 なり コモディ ティ 化 していないため 技 術 力 を 保 持 する 日 系 メ ーカーが 競 争 力 を 保 持 走 行 距 離 等 品 質 改 善 と 同 時 に コスト 削 減 が 求 められる ピークシフト 及 び 停 電 時 のバックアッ プ 対 策 としても 期 待 され る 高 エネルギー 密 度 (コンパクト 化 ) 安 全 性 耐 久 性 リチウムイオン 電 池 ニ ッケル 水 素 電 池 が 自 動 車 用 では 主 要 将 来 的 には リチウムイ オン 電 池 よりエネルギー 密 度 の 高 い 金 属 空 気 電 池 (Al, Li, Zn 等 )や 金 属 負 極 電 池 (Al, Ca, Mg) への 移 行 が 期 待 される 再 生 可 能 エネルギーの 大 幅 導 入 が 必 要 不 可 欠 な 中 系 統 安 定 化 および 余 剰 電 力 活 用 の 対 策 として 定 置 用 二 次 電 池 導 入 が 非 常 に 注 目 され ている 揚 水 発 電 と 同 程 度 までコス ト 削 減 が 最 大 の 課 題 として 開 発 が 進 められているが 大 半 は 実 証 段 階 であり マーケットは 未 成 熟 短 時 間 の 充 放 電 繰 り 返 しや 幅 広 い 充 放 電 変 動 に 対 応 で きる 技 術 的 要 素 電 池 残 量 や 電 池 寿 命 の 正 確 な 管 理 安 全 性 耐 久 性 なお 長 周 期 の 変 動 吸 収 目 的 か 短 周 期 の 変 動 吸 収 目 的 か によって 要 求 特 性 は 変 わっ てくる 揚 水 発 電 の 他 現 在 実 用 化 されているのは CAES と NAS 電 池 フロー 電 池 は 実 用 化 の 一 歩 手 前 まできている 各 電 池 に 期 待 される 性 能 向 上 リチウムイオン 電 池 : 安 全 性 温 度 特 性 改 善 過 充 電 耐 性 リサイクル 技 術 鉛 蓄 電 池 : 充 放 電 効 率 向 上 劣 化 抑 制 集 電 体 腐 食 抑 制 メンテナンス 性 向 上 ニッケル 水 素 電 池 : 充 放 電 効 率 向 上 自 己 放 電 抑 制 温 度 特 性 レアアースレス NAS 電 池 : 安 全 性 エネル ギー 効 率 向 上 リサイクル 技 術 レドックス フロー 電 池 : 環 境 適 合 性 耐 久 性 エネ ルギー 密 度 向 上 補 機 用 エ ネルギー 低 減 資 源 制 約 緩 和 メンテナンス 性 向 上 エネルギー 効 率 向 上 市 場 はある 程 度 成 熟 してい るが 今 後 もスマートフォ ンやタブレットの 売 り 上 げ に 後 押 しされ 市 場 は 順 調 に 成 長 を 続 ける 見 込 み 技 術 もある 程 度 確 立 されて いることから 新 興 国 メー カーが 台 頭 してきており 今 後 ますます 価 格 競 争 が 激 しくなる 高 容 量 化 軽 量 化 フレキシブル ラ ミネート 型 への 置 き 換 えが 進 む 安 全 性 リチウムイオン 電 池 ニッ ケル 水 素 電 池 が 主 要 である が 今 後 の 成 長 率 はリチウ ムイオン 電 池 の 方 が 格 段 に 高 い 97 NEDO ロードマップ 蓄 電 池 戦 略 99 建 築 コスト 管 理 システム 研 究 所

101 エネルギー 保 存 システム 101 プレイヤー オートモーティ ブ エ ナ ジ ー サ プ ラ イ (AESC) リチウムエナジ ージャパン(LEJ) パナソニック プライムアース EV エナジー(PEVE) ブルーエナジー 日 立 ビークルエ ナジー 東 芝 LG 化 学 鉛 蓄 電 池 :パナソニック GS ユアサ 古 河 電 池 新 神 戸 電 機 等 NAS 電 池 : 日 本 ガイシ レドックスフロー: 住 友 電 気 工 業 ニッケル 水 素 電 池 : 川 崎 重 工 業 FDK リチウムイオン 電 池 :パナ ソニック ソニー 日 立 マ クセル NEC 東 芝 GS ユ アサ エリーパワーなど サムソン SDI パナソニック LG 化 学 ソニー エナジー デバイ ス ATL 地 域 別 のバッテリーメーカー 売 り 上 げ 占 有 率 動 向 二 次 電 池 の 中 で 将 来 的 に 地 域 別 市 場 シェアが 最 も 変 化 するであろうとみられるのは 最 も 成 長 率 の 高 いリチウムイオン 電 池 であると 予 想 される リチウムイオン 電 池 が 市 場 に 投 入 されてまもない 2000 年 の 地 域 別 市 場 シェアは 日 本 が 94 % 韓 国 が 3%とリチウムイオン 電 池 の 開 発 を 進 めてきた 日 本 が 圧 倒 的 なシェアを 誇 ってい た しかしながら 技 術 の 確 立 とともに サムソンSDIなど 韓 国 メーカーが 台 頭 をはじめ 2005 年 度 には 日 本 はシェアを 72%にまで 落 とし 2010 年 度 には 日 本 が 42% 韓 国 が 39% と 市 場 をほぼわけあう 結 果 となった また 中 国 等 新 興 国 の 台 頭 もみられるようになってきており 今 後 はいかに 品 質 を 維 持 しつつ コスト 削 減 ができるか という 点 がシェア 獲 得 の 大 きなポイントとなってくる 一 方 で 自 動 車 用 二 次 電 池 では 研 究 開 発 途 上 であることもあり 現 在 は 日 本 が8 割 程 度 の シェアを 有 している ただし 電 気 自 動 車 の 本 格 的 な 普 及 により 今 後 飛 躍 的 な 成 長 が 期 待 されることから 韓 国 や 中 国 等 の 企 業 が 本 格 的 な 参 入 のチャンスを 狙 っており 確 実 に 市 場 競 争 は 激 化 していくもの と 見 られる 各 二 次 電 池 の 主 なプレイヤー 各 二 次 電 池 毎 に 各 地 域 の 主 要 バッテリーメーカーを 下 表 に 纏 める 101,102,103,

102 エネルギー 保 存 システム 102 日 本 中 国 韓 国 北 米 ヨーロッパ リチウム イオン 電 池 ニッケル 水 素 電 池 鉛 蓄 電 池 ニカド 電 池 NAS 電 池 全 固 体 電 池 ( 研 究 開 発 段 階 ) レドックス フ ロー 電 池 ナトリウムイオ ン 電 池 パナソニックグルー プ ソニー GSユアサグループ 日 立 グループ 東 芝 三 菱 重 工 NECグループ パナソニックグルー プ 川 崎 重 工 業 FDK 東 芝 古 河 電 池 GSユアサ 古 河 電 池 パナソニック 新 神 戸 電 機 ナカノ サムソン SDI LG 化 学 ATL BYD SK イノベーション Coslight Group BAK Battery Lishen Battery BYD Golden Power EEMB 各 国 の 国 内 向 けの 中 小 のメーカーが 多 数 存 在 する AESエナジースト レージ A123 EnerSys Concorde Battery North Star ACDelco EXIDE C&D East Penn サフト シーメンス FIAMM パナソニック ソニー 東 芝 GSユアサ 古 河 電 池 サフト 日 本 ガイシ 東 京 電 力 トヨタ 自 動 車 出 光 興 産 NTT サムスン 横 浜 研 究 所 住 友 電 気 工 業 プルーデントエナジー トヨタ 自 動 車 住 友 電 気 工 業 住 友 化 学 7.4. 自 動 車 用 マーケットの 動 向 自 動 車 用 マーケットの 概 要 自 動 車 のグローバル 市 場 は 新 興 国 を 中 心 に 拡 大 を 続 けているが その 中 で 次 世 代 自 動 車 (ハイブリッド 車 プラグインハイブリッド 車 電 気 自 動 車 等 )に 関 しては 先 進 国 を 中 心 に 成 長 していくと 予 想 されている 2000 年 頃 より 日 米 欧 アジアの 各 自 動 車 メーカーは 電 気 自 動 車 やハイブリッド 車 に 力 を 入 れ だした しかし 各 社 の 期 待 に 反 して 2013 年 時 点 では 当 初 の 計 画 よりも 大 幅 に 少 ない 販 売 に 終 わっている しかし 日 本 国 内 でも 新 車 販 売 数 に 占 める 次 世 代 自 動 車 (HEV, PHEV, EV)の 割 合 は 伸 び 政 府 の 積 極 的 支 援 がある 場 合 2030 年 には 次 世 代 自 動 車 の 販 売 数 が 新 車 全 体 の 20%から 30% に 達 する 見 込 みである

103 エネルギー 保 存 システム 103 日 本 と 同 様 に 諸 外 国 でも 電 気 自 動 車 や 関 連 技 術 を 将 来 の 主 要 ビジネスと 政 府 が 位 置 づけて おり 研 究 開 発 や 設 備 投 資 等 への 積 極 的 な 支 援 を 行 うなど 民 間 企 業 等 を 後 押 ししているこ とから 今 後 電 気 自 動 車 のシェアが 世 界 規 模 で 大 きく 増 加 していくことは 確 実 である 短 期 的 に 見 ても 世 界 の 主 要 自 動 車 メーカーが 相 次 いで 電 気 自 動 車 のブランドを 増 やしてい ることから 2010 年 には 90 万 台 であった 世 界 の 電 気 自 動 車 販 売 数 が 2015 年 には 546 万 台 そして 2020 年 には 1,746 万 台 まで 増 加 すると 試 算 されている これを 受 け 電 気 自 動 車 に 必 要 な 蓄 電 池 についても グローバル 市 場 は 大 きく 成 長 を 続 ける 見 込 みである 自 動 車 用 二 次 電 池 としては 現 在 のところリチウムイオン 電 池 とニッケル 水 素 電 池 が 主 要 で ある 2011 年 下 半 期 の 自 動 車 用 二 次 電 池 の 日 本 国 内 での 市 場 規 模 は 前 年 同 期 比 82% 増 の 609 億 円 で 種 類 別 ではニッケル 水 素 電 池 が 1.6% 増 の 303 億 円 リチウムイオン 電 池 が 730.9% 増 の 306 億 円 であった 今 後 は リチウムイオン 電 池 を 中 心 に 2016 年 までに 年 間 平 均 成 長 率 27.5%で 成 長 すると 見 込 まれている グローバル 市 場 でも 同 様 に エネルギー 効 率 の 高 いリチウムイオン 電 池 の 需 要 が 高 まってお り 2010 年 の 市 場 規 模 108 億 円 と 比 較 し 2015 年 には 民 生 用 リチウムイオン 電 池 と 同 規 模 の 約 1 兆 500 億 円 2020 年 には 2 兆 8000 億 円 に 及 ぶことが 予 想 されている 自 動 車 用 二 次 電 池 に 関 しては 現 在 リチウムイオン 電 池 ニッケル 水 素 電 池 ともに 日 系 の 電 池 メーカーが 世 界 市 場 において 大 幅 なシェアを 有 している しかしながら 各 国 メーカー も 政 府 から 多 大 な 支 援 を 受 けていることから 今 後 は 開 発 競 争 が 激 化 し 特 に 中 国 韓 国 等 アジアの 台 頭 が 予 想 される そのため 各 電 池 メーカーは 技 術 革 新 に 加 えていかにコスト 削 減 ができるかがマーケットシェア 獲 得 のカギとなっている また 長 期 的 スパンでは リチウムイオン 電 池 に 代 わる 次 々 世 代 電 池 ( 革 新 型 電 池 )の 開 発 が 期 待 されており 全 固 体 型 電 池 や 金 属 空 気 電 池 といった 革 新 型 電 池 の 研 究 開 発 が 2025 年 2030 年 頃 の 実 用 化 を 視 野 に 進 められている 電 気 自 動 車 は 本 来 の 移 動 用 としての 手 段 に 加 えて 将 来 的 にはピークシフト 及 び 停 電 時 の バックアップとしての 利 用 にも 期 待 がよせられている 例 えば 標 準 家 庭 一 日 あたりの 電 力 需 要 12kWh と 比 較 し ニッサンのリーフの 蓄 電 池 容 量 は 24kWh テスラ 社 のモデル S は 60kWh/85kWh に 及 ぶ そのため 今 後 は 家 庭 での 利 用 も 視 野 に 入 れた 技 術 開 発 が 実 施 され 二 次 電 池 の 性 能 向 上 へ も 大 きく 期 待 がかかるところである

104 エネルギー 保 存 システム 自 動 車 メーカーとバッテリメーカーの 相 関 図 下 図 に 自 動 車 メーカーとバッテリーメーカーの 相 関 図 を 示 す 日 本 の 自 動 車 メーカーの 場 合 電 池 メーカーと 合 弁 会 社 を 構 成 して 技 術 の 囲 い 込 みと 確 実 なバッテリーの 販 売 先 の 確 保 するケ ースが 多 い ( 日 産 と NEC の 合 弁 三 菱 自 動 車 と GS ユアサの 合 弁 トヨタ 自 動 車 とパナソニック の 合 弁 ホンダと GS ユアサの 合 弁 ほか ) 106,107 これは 双 方 に 巨 額 の 投 資 が 絡 み また 安 全 性 の 担 保 や 開 発 の 長 期 化 等 よるリスクを 避 ける 為 の 戦 略 であった しかし 近 年 日 立 系 列 の 各 社 や 東 芝 等 のように 独 立 系 の 会 社 から 自 動 車 メーカーへのバッ テリーの 供 給 が 増 えてきた 自 動 車 メーカーは2 社 購 買 を 原 則 とする 為 合 弁 会 社 からの 調 達 だけには 頼 れなくなってきてい る 面 もある また テスラ 社 の 様 に バッテリーメーカーからは のセルのみを 購 入 し バッテリーパッ クの 製 造 ( 組 立 )は 自 社 で 行 う 自 動 車 メーカーもある 大 手 のトヨタ 自 動 車 日 産 ホンダ GM 等 は 自 社 内 でも 次 世 代 のバッテリーに 向 けた 研 究 開 発 を 活 発 に 行 っている 106 富 士 経 済 2012 電 池 関 連 市 場 実 態 総 調 査 上 巻 107

105 エネルギー 保 存 システム 105 トヨタ 自 動 車 本 田 技 研 工 業 日 産 自 動 車 ルノー テスラ ジェネラルモーターズ フォードモーター フォルクスワーゲン ダイムラー 富 士 重 工 業 マツダ 三 菱 自 動 車 工 業 PSAプジョーシトロエン マグナインターナショナル プライムアース EVエナジー ブルーエナジー オートモーティブエ ナジーサプライ リチウムエナジー ジャパン 東 芝 日 立 ビークルエナ ジー LG 化 学 パナソニック ( 三 洋 電 機 ) トヨタ 自 動 車 パナソニック 本 田 技 研 工 業 GSユアサ 日 産 自 動 車 NEC NECトーキン 三 菱 商 事 三 菱 自 動 車 工 業 日 立 製 作 所 新 神 戸 電 機 日 立 マクセル スズキ いすゞ 自 動 車 BYD 三 菱 ふそうトラック バス クライスラー フィアット SBリモーティフ サムソン 長 安 汽 車 BMW BYDオート 図 7-2 自 動 車 メーカーとバッテリーメーカーの 関 係 ( 各 種 公 表 資 料 を 元 に Stepwest が 作 成 )

106 エネルギー 保 存 システム 自 動 車 用 二 次 電 池 の 概 略 と 必 要 とされる 性 能 コスト 安 全 性 他 自 動 車 用 二 次 電 池 に 関 しては エネルギー 密 度 の 高 いリチウムイオン 二 次 電 池 を 中 心 に 開 発 が 進 められており 今 後 は 更 なる 航 続 距 離 ( 現 在 は 120km から 300km) 耐 久 性 の 向 上 お よびコスト 低 減 が 必 要 とされる さらに 二 次 電 池 自 体 の 開 発 に 加 えて 材 料 やマネジメントシステム 車 両 軽 量 化 等 電 池 の 性 能 を 総 合 的 に 上 げることがより 重 要 になってきており また 生 産 方 法 改 良 のための 大 規 模 設 備 投 資 も 必 要 となってくる NEDO の2013ロードマップより 自 動 車 用 二 次 電 池 の 性 能 コスト 安 全 性 について 現 状 及 び 将 来 の 予 想 を 下 表 に 纏 める 108 エネルギー 密 度 出 力 密 度 に 関 しては 電 池 パックベース(セルベースではない) 寿 命 に 関 しては 一 般 に 求 められる 5 年 10 万 km の 性 能 保 証 を 前 提 に 試 算 したものである 現 状 (2013) 将 来 (2020) 性 能 出 力 密 度 重 視 タイプ (HEV, PHEV 用 ) エネルギー 密 度 重 視 タイプ (EV 用 ) エネルギー 密 度 :30-50Wh/kg 出 力 密 度 :1,400-2,000W/kg 走 行 距 離 :25-60km カレンダー 寿 命 :5-10 年 エネルギー 密 度 :60-100Wh/kg 出 力 密 度 : W/kg 走 行 距 離 : km カレンダー 寿 命 :5-10 年 エネルギー 密 度 :200Wh/kg 出 力 密 度 :2,500W/kg 走 行 距 離 :60km カレンダー 寿 命 :10-15 年 エネルギー 密 度 :250Wh/kg 出 力 密 度 :1,500W/kg 走 行 距 離 : km カレンダー 寿 命 :10-15 年 電 池 パッ クのコス ト 出 力 密 度 重 視 タイ プ(HEV, PHEV 用 ) エネルギー 密 度 重 視 タイプ(EV 用 ) 約 50 万 円 ( 約 万 円 /kwh) 万 円 ( 約 7-10 万 円 /kwh ) 約 20 万 円 ( 約 2 万 円 /kwh) 万 円 ( 約 2 万 円 /kwh) バッテリーのみによる 長 距 離 走 行 が 必 要 なため 高 エネルギー 密 度 が 必 要 な 電 気 自 動 車 (EV) 向 けと 一 方 起 動 時 に 多 くバッテリー+モーターを 使 うため 瞬 発 力 が 必 要 なため 出 力 密 度 を 高 めたいハイブリッド 車 向 けの2つに 分 かれている なお 高 エネルギー 密 度 重 視 型 では 電 荷 がより 多 くたまるように 電 極 を 厚 くしたり 出 力 密 度 重 視 型 で は 電 極 を 薄 くして 表 面 積 を 大 きくし 電 荷 を 一 気 に 放 出 する 等 の 工 夫 を 二 次 電 池 メー カーはこらしている 108 NEDO ロードマップ2013 蓄 電 池 戦 略

107 エネルギー 保 存 システム 各 電 気 自 動 車 メーカーが 用 いているバッテリーの 種 類 HEV PHEV EV ともにリチウムイオン 電 池 が 主 流 となってきており 各 バッテリーメーカー の 大 手 自 動 車 メーカーへの 供 給 は 以 下 の 図 に 示 すとおりである 109 (なお トヨタのプリ ウスでは ハイブリッド 車 (HEV) のほとんどの 車 種 では 2014 年 現 在 も ニッケル 水 素 電 池 を 用 いている プラグインハイブリッド(PHEV) と 7 人 乗 りのプリウスα はリチウ ムイオン 電 池 である ) また アイドリングストップ 車 向 けの 二 次 電 池 は エンジンルームに 置 く 関 係 で ニッケル 水 素 電 池 が 主 流 になるという 見 方 もある 110 搭 載 する 二 次 電 池 の 容 量 は 大 きい 方 から 電 気 自 動 車 (20kWh 85kWh) プラグインハイブ リッド 車 (5kWh 10kWh) ハイブリッド 車 (1kWh 5kWh) アイドリングストップ 車 (0.5kWh 1kWh) の 順 となる アイドリングストップ 車 には 二 次 電 池 では 無 く キャパシターを 搭 載 する 車 種 もある バッテリーメーカーが 電 池 パックまで 製 造 して 納 品 するケースと セルのみ 納 品 し 自 動 車 メーカーがバッテリーパックを 組 み 立 てるケースがある 車 載 用 リチウムイオン 電 池 は 汎 用 化 に 至 っておらず 品 質 向 上 と 同 時 にコスト 削 減 に 向 けた 試 行 錯 誤 が 行 われているところであるため 自 動 車 メーカーは1 社 のバッテリーメーカーに 頼 るのではなく 複 数 社 から 調 達 しているのが 現 状 である 欧 州 の 自 動 車 メーカーは 特 にその 傾 向 が 強 く また 日 系 自 動 車 メーカーはリチウムイオン 電 池 の 合 弁 事 業 に 乗 り 出 しているものの やはり 複 数 社 から 調 達 を 行 っている また 最 近 は 東 芝 など 独 立 系 メーカーの 受 注 拡 大 や エリーパワーなど 新 規 企 業 の 参 入 など 新 たな 動 き もみられる 111,112, 日 本 政 策 投 資 銀 行

108 オートモーティフ エナ シ ーサフ ライ リチウムエナシ ーシ ャハ ン フ ライムアース EV エナシ ー ハ ナソニック( 旧 三 洋 電 機 ) ブルーエナシ ー 日 立 ヒ ークルエナ シ ー 東 芝 LG 化 学 SB リモーティフ BYD エネルギー 保 存 システム 108 トヨタ 自 動 車 本 田 技 研 工 業 日 産 自 動 車 ルノ ー テスラ ジェネラルモータ ーズ フォードモーター フォルクスワーゲ ン EV PHEV HEV PHEV EV HEV EV HEV EV EV PHEV HEV EV EV EV ダイムラー PHEV HEV 富 士 重 工 業 EV マツダ PHEV HEV 三 菱 自 動 車 工 業 EV EV EV PSAプジョーシ EV EV トロエン マグナインターナ EV ショナル スズキ PHEV HEV いすゞ 自 動 車 PHEV EV HEV 三 菱 ふそうトラッ PHEV ク バス HEV クライスラー フィアット PHEV HEV 長 安 汽 車 PHEV HEV PHEV HEV PHEV HEV EV EV EV EV EV EV EV BMW EV EV BYDオート EV PHEV HEV PHEV HEV EV EV

109 エネルギー 保 存 システム 主 な 自 動 車 向 け 二 次 電 池 製 造 メーカー オートモーティブエナジーサプライ: 日 産 自 動 車 NEC NECトーキンの 合 弁 により 2007 年 設 立 2010 年 より HEV 用 電 池 の 本 格 的 な 量 産 を 開 始 した NECが 持 つラミネート 型 電 池 セル 製 造 技 術 と 日 産 のセル 積 層 パッケージング 技 術 や 電 池 制 御 技 術 により 開 発 を 推 進 してきた 日 産 自 動 車 ルノー 等 で 採 用 されており 生 産 能 力 は 年 間 約 9 万 台 に 相 当 する 日 産 自 動 車 ルノーは 2013 年 までは 当 初 の 計 画 (2016 年 度 までに EV 累 計 販 売 台 数 150 万 台 )を 大 幅 に 下 回 っていたが 主 力 ブランド リーフ が 2014 年 1 月 にも 累 計 販 売 台 数 10 万 台 を 超 え トヨタ 自 動 車 の プリウス を 大 幅 に 上 回 るペースで 大 台 に 到 達 する 勢 いであ り 特 に 米 国 での 販 売 が 好 調 となっている リチウムエナジージャパン: GSユアサ 三 菱 商 事 三 菱 自 動 車 工 業 の 合 弁 により 2007 年 に 設 立 された 三 菱 自 動 車 工 業 およびPSAプジョーシロエンで 採 用 されている 生 産 能 力 は 年 15 万 台 に 相 当 する バッテリーを 供 給 するGSユアサは ボーイング 787 の 発 火 事 故 三 菱 電 機 自 動 車 のアイミ ーヴ 等 発 火 事 故 など 2013 年 は 様 々な 問 題 点 が 浮 き 彫 りとなったが 次 世 代 リチウムイオン 電 池 の 開 発 に 向 け ドイツのボッシュと 提 携 するなど さらなるシェア 拡 大 に 向 け 戦 略 的 な 動 きをみせており 将 来 的 は 自 動 車 用 に 加 え 産 業 用 機 械 電 力 貯 蔵 用 等 への 展 開 を 視 野 に 入 れている パナソニック: 三 洋 電 機 の 事 業 を 継 承 し トヨタ 自 動 車 フォードモーター フォルクスワーゲン テスラ で 採 用 されるなど 2011 年 まで 世 界 トップのシェアを 有 していた しかし その 後 低 迷 関 連 事 業 において 2013 年 にリストラを 実 施 し 従 業 員 を 20% 削 減 するなど 事 業 縮 小 を 余 儀 なく された しかし 2013 年 5 月 にテスラ 向 けセルの 出 荷 が2 億 個 を 越 えた 事 を 発 表 し また 10 月 には 今 後 2017 年 までの 4 年 間 に 約 20 億 セルの 供 給 が 予 定 されるなど 明 るい 兆 しが 見 えている 2013 年 度 中 には 200 億 円 規 模 の 設 備 投 資 を 計 画 しており 来 年 以 降 には 関 連 工 場 の 人 員 を 別 工 場 より 約 300 人 配 置 転 換 する 予 定 である (なお テスラ 社 のモデル S の1 台 には パナソニック 社 のセルが 7,000 個 以 上 搭 載 されている ) アイドリングストップ 車 向 けにニッケル 水 素 電 池 の 供 給 を 2014 年 から 開 始 とアナウンス 114 プライムアース EV エナジー: 1996 年 設 立 のトヨタ 自 動 車 とパナソニックに 合 弁 会 社 設 立 当 初 よりニッケル 水 素 電 池 を 扱 114

110 エネルギー 保 存 システム 110 っていたが 2011 年 には HEV/PHV 用 リチウムイオン 電 池 ( 三 元 系 NCA)の 本 格 量 産 も 開 始 した HEV の 販 売 好 調 を 受 けて 2015 年 よりニッケル 水 素 電 池 の 生 産 能 力 を 現 行 より 30% 増 の 年 40 万 台 に 引 き 上 げるため 約 100 億 円 の 設 備 投 資 を 決 めた 自 動 車 用 二 次 電 池 のトータルシステムの 提 供 を 強 みとしている ブルーエナジー: GSユアサ ホンダの 合 弁 により 2009 年 設 立 2011 年 より 量 産 販 売 を 開 始 した GSユア サの 高 出 力 型 リチウムイオン 電 池 をベースに 研 究 開 発 を 推 進 している 生 産 能 力 は ホンダ シビック で 年 間 12 万 5 千 台 に 相 当 するが 2013 年 以 降 ホンダが 新 型 車 を 投 入 する 計 画 を 示 し 生 産 能 力 を 3 倍 まで 引 き 上 げる 予 定 である 日 立 ビークルエナジー: 日 立 製 作 所 新 神 戸 電 機 日 立 マクセルの 共 同 出 資 により 2004 年 に 設 立 された 2012 年 度 は 世 界 シェア 第 3 位 の 13.5%を 獲 得 生 産 拠 点 は 日 本 国 内 に 三 ケ 所 (ひたちなか 彦 根 京 都 ) 東 芝 : 2008 年 より 同 社 が 開 発 した 安 全 性 の 高 い 新 型 二 次 電 池 SCiB の 量 産 を 開 始 し ホンダ フィ ット や 三 菱 自 動 車 アイミーヴ などでの 採 用 実 績 がある 2012 年 には 2011 年 新 規 建 設 の 柏 崎 工 場 に 生 産 体 制 を 集 約 し 開 発 の 効 率 化 スピードア 115, 116 ップにより さらなる 事 業 の 拡 大 を 図 っている 日 本 政 策 投 資 銀 行

111 エネルギー 保 存 システム 自 動 車 向 け 二 次 電 池 のトピックス- テスラの 動 向 テスラモーターズは 2003 年 にITエンジニアで Paypal 創 業 者 でもある Elon Musk(イーロ ン マスク) 氏 により 設 立 された 電 気 自 動 車 専 門 メーカーである スポーツカータイプの 電 気 自 動 車 テスラ ロードスター の 販 売 を 2008 年 に 開 始 し 2012 年 時 点 では 世 界 で 2,500 台 の 販 売 実 績 をあげた 2010 年 には トヨタ 自 動 車 から 5,000 万 ドルの 出 資 を 受 けるとともに 米 エネルギー 省 から 4 億 6,500 万 ドルの 融 資 保 証 を 受 け ジェネラルモーターズとトヨタ 自 動 車 の 製 造 合 弁 企 業 がサンフランシスコ 郊 外 フリーモントに 所 有 していた 工 場 NUMMI を 購 入 した NUMMI はジ ェネラルモーターズの 経 営 破 綻 により 合 弁 が 解 除 され トヨタ 自 動 車 独 自 では 採 算 が 合 わな いことから 閉 鎖 に 陥 っていた 2012 年 に 販 売 が 開 始 されたセダンタイプの モデルS は テスラ 社 初 の 量 産 車 であり 2013 年 以 降 は 年 間 2 万 台 の 生 産 を 予 定 している モデルSは 大 容 量 リチウムイオン 電 池 を 搭 載 する モデル S の 電 池 容 量 は 60kWh と 85kWh の 2 種 類 ある 電 池 パックには パナソニック 製 の タイプのセルが 7,000 個 以 上 搭 載 されている こ のセルの 正 極 はニッケル 系 である 85kWh の 車 種 は 満 充 電 からの 走 行 距 離 が 300 マイル( 約 500km)である またリチウムイオン 電 池 モジュールを 堅 牢 なアルミ 製 シャシーの 中 に 配 置 し 低 重 心 にする ことで 走 行 性 能 向 上 を 実 現 している 2013 年 の 全 世 界 で の 販 売 台 数 は 当 初 の 予 想 以 上 の 22,450 台 に 到 達 した モデルSの 生 産 は 旧 NUMMI の 工 場 で バンパーの 生 産 ボディパネルのプレスから 塗 装 内 装 組 立 まで 一 貫 し て 行 われている 主 要 部 品 の 95%は 工 場 内 で 生 産 されて おり 電 池 に 関 しても サプライヤ(パナソニック)か ら 購 入 したリチウムイオン 電 池 を 同 工 場 にてモジュール 化 し 電 池 パックを 組 み 立 てている 通 常 は バッテリーメーカーがセルの 製 造 からパッケー 図 7-3 テスラ 社 が 用 いる ジングまで 行 い 自 動 車 メーカーへの 納 品 後 は 基 本 的 に 型 のセル( 出 典 :テスラ 社 ) 車 体 へ 設 置 する 工 程 のみであることを 考 えると テスラの 二 次 電 池 へのこだわりは 徹 底 して いる 118 また テスラの 電 気 自 動 車 (ロードスター モデル S)の 電 池 パックは 水 冷 である ラジエ ーターに 使 っているのと 同 じ 冷 却 液 を 使 用 している 電 池 パックの 周 囲 に 単 純 に 冷 却 パイプ を 走 らせるのではなく 電 池 セルの 間 にも 冷 却 液 を 行 きわたらせて 均 一 な 冷 却 を 行 えるこ 119, 120 とが 特 徴 になっている

112 エネルギー 保 存 システム 定 置 用 マーケットの 動 向 定 置 用 マーケットの 概 要 概 要 現 在 のエネルギー 主 要 源 である 石 油 石 炭 は 埋 蔵 量 に 限 界 があり また 原 子 力 発 電 は 安 全 性 についての 懸 念 が 広 がっていることから 今 後 長 期 的 には 再 生 可 能 エネルギ ーの 大 幅 な 導 入 拡 大 が 世 界 的 に 必 要 不 可 欠 となっている しかしながら 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 のように 出 力 が 変 動 する 発 電 機 は 系 統 の 安 全 性 に 影 響 し また 余 剰 電 力 の 浪 費 につながるおそれがあるとマイナスの 面 も 指 摘 され ている そのため これらのマイナス 面 をカバーすべく 変 動 の 吸 収 緩 和 あるいは 出 力 を 一 定 に 制 御 する 目 的 で 定 置 用 二 次 電 池 の 利 用 に 期 待 が 寄 せられている また ピークカット ピークシフト 対 策 として 現 在 中 核 となっている 揚 水 発 電 に 代 わり より 立 地 制 約 が 少 なく 建 設 時 間 が 短 い 他 のエネルギー 貯 蔵 システム( 二 次 電 池 やフライホイールやキャパシターを 含 む)の 優 位 性 にも 注 目 が 集 まっている 区 分 分 け コスト NEDO 二 次 電 池 技 術 開 発 ロードマップ 2013 に 基 づく 定 置 用 二 次 電 池 の 区 分 は 大 き く 系 統 用 ( 電 力 供 給 側 ) と 需 要 家 用 ( 電 力 消 費 側 ) に 分 かれる 系 統 用 は 発 電 所 や 変 電 所 ( 送 電 網 の 途 中 )に 設 置 する 大 型 の 二 次 電 池 であり 数 分 ~20 分 程 度 の 出 力 変 動 に 対 応 する 短 周 期 変 動 調 整 用 と それより 長 い 出 力 変 動 に 対 応 する 長 周 期 変 動 調 整 用 に 分 類 される 需 要 家 用 では 住 宅 ビル 商 業 施 設 や 工 場 など 電 力 を 需 要 する 側 に 設 置 し 負 荷 の 平 準 化 や 出 力 変 動 の 吸 収 緩 和 への 働 きが 期 待 されている どちらも 社 会 実 証 の 段 階 にあり 技 術 開 発 とともに 大 幅 なコスト 削 減 が 求 められてい る 系 統 用 を 更 に 細 かく 区 分 分 けする 場 合 もある 長 周 期 変 動 調 整 用 ( 数 時 間 から 数 日 )の 二 次 電 池 では 現 行 の 5~10 万 円 /kwh から 代 替 手 段 である 揚 水 発 電 の 設 置 コスト 2.3 万 円 /kwh まで 削 減 することが 必 要 とな る 緊 急 時 災 害 対 策 用 として コストはある 程 度 度 外 視 して 普 及 しているものもあるが 現 状 では 事 業 者 用 定 置 用 リチウムイオン 電 池 のコスト 回 収 には 約 年 程 度 要 するなど 依 然 として 高 価 であり 今 後 コスト 削 減 が 大 きな 課 題 となってくる 必 要 な 蓄 電 容 量 の 規 模 機 能 発 電 所 付 随 数 ギガワット 時 (100MWh 2GWh) 送 電 網 付 随 数 百 メガワット 時 (50MWh 200MWh) 需 要 家 数 十 キロワット 時 数 メガワット 時 (10kWh 10MWh) 二 次 電 池 の 機 能 としては 発 電 レベル では 周 波 数 制 御 や 供 給 予 備 力 需 要 の 平 滑 化 また 送 電 レベル では 電 力 品 質 の 維 持 や 潮 流 調 整 ( 混 雑 管 理 ) 変 電 配 電 レベル では ピークカットや 電 圧 維 持 が 期 待 されている これらの 目 的 での 使 用 のために 短 時 間 の 充 放 電 繰 り 返 しや 充 放 電 の 幅 広 い 変 動 に 対 応 できる 技 術 的 要 素 に 加 え 電 池 残 量 や 電 池 寿 命 の 正 確 な 管 理 が 求 められる マーケットサイズ

113 エネルギー 保 存 システム 113 定 置 用 二 次 電 池 の 応 用 に 関 しては 欧 米 諸 国 を 中 心 に 研 究 開 発 が 活 発 となっているが マーケットはまだまだ 未 成 熟 であり 実 証 段 階 のビジネスが 大 半 である 規 模 も 2010 年 2012 年 に 大 半 のシェアを 占 めた NAS 電 池 の 年 間 の 売 り 上 げは 200 億 円 弱 程 度 である しかしながら 未 確 定 な 要 素 が 多 いものの マーケットのポテンシャルは 非 常 に 高 く 将 来 的 には 自 動 車 用 携 帯 デバイス 用 の 市 場 を 上 回 る 可 能 性 も 大 きい 太 陽 光 発 電 風 力 発 電 の 出 力 抑 制 をしないと 想 定 した 場 合 2030 年 には 約 1640 兆 円 まで 世 界 市 場 が 拡 大 すると 試 算 する 調 査 もあり エリア 別 では 中 国 市 場 の 約 530 兆 円 が 最 大 のマーケットとなると 予 想 されている 再 生 可 能 エネルギーの 導 入 が 進 むヨーロッパがそれに 続 き また 北 米 でも 約 380 兆 円 規 模 まで 市 場 拡 大 が 見 込 まれている 今 後 図 7-4 定 置 向 け 蓄 電 装 置 の 比 較 電 力 はこれまで 発 電 所 を 含 む 電 力 系 統 から 商 業 施 設 や 一 般 家 庭 などの 需 要 者 へ 一 方 的 に 供 給 されてきた しかし 将 来 的 には 需 要 者 側 が 太 陽 光 発 電 などによって 発 電 し 定 置 用 二 次 電 池 に よって 電 力 の 需 要 供 給 を 緩 和 しながら 電 力 系 統 側 へ 逆 潮 流 を 行 うなど 需 要 者 側 から 電 力 系 統 への 流 れも 一 般 的 となり 電 気 の 需 要 供 給 が 双 方 向 に 行 われる 時 代 がやっ てくると 期 待 されている 121,122,123,124 定 置 用 二 次 電 池 に 関 して 貯 蔵 可 能 容 量 と 放 電 可 能 時 間 の 相 関 図 を 示 したのが 上 図 である

114 エネルギー 保 存 システム 114 上 図 より 揚 水 発 電 は 他 の 方 法 と 比 べて 貯 蔵 可 能 容 量 放 電 可 能 時 間 とも 格 段 に 優 れ ていることがわかる その 次 に 優 れているのが 圧 縮 空 気 蓄 電 (CAES)と NAS 電 池 である 一 方 リチウムイオン 電 池 ニッケル 水 素 電 池 (レドックス)フロー 電 池 は まだコストが 高 い 事 が 課 題 であるが コスト 低 下 に 伴 って 大 型 化 が 図 られると 思 われる なお 定 置 型 蓄 電 の 場 合 場 所 の 制 限 がない 場 合 には 無 理 にエネルギー 密 度 が 高 いリチウムイオン 二 次 電 池 を 使 う 必 要 がない kwh あたりのコスト( 初 期 コストとメンテナンスコスト)が 重 要 にな ってくる フライホイールやキャパシターに 関 しては 他 と 比 べ 放 電 可 能 時 間 が 非 常 に 短 く( 数 分 ) 短 周 期 変 電 調 整 用 に 用 途 が 限 られるが 起 動 時 間 が 非 常 に 短 い 為 にアンシラリーマー ケット 等 で 需 要 が 増 すと 思 われる

115 エネルギー 保 存 システム 115 コラム: 定 置 用 蓄 電 施 設 の 設 置 形 態 定 置 型 蓄 電 装 置 の 設 置 形 態 は 大 きく 言 って 下 記 の3 形 態 がある (1) コンテナ 型 大 型 の リチウムイオン 二 次 電 池 や フローバッ テリー を 変 電 所 や 発 電 所 に 設 置 する 場 合 は 標 準 サイズのコンテナに 必 要 な 機 器 を 収 納 し これを 目 的 地 にトレイラーで 運 び コンテナのままで 設 置 す るケースが 多 い A123 Systems Solution 社 の 場 合 最 大 構 成 のコン テナ1 台 で 4MW(4MWh)の 蓄 電 能 力 がある 125 図 7-5 A123 のコンテナ 型 のリチウムイオン 二 次 電 池 (2) 地 面 設 置 型 日 本 ガイシ 製 の NaS 電 池 を 設 置 する 場 合 は 地 面 に コンクリート 等 で 強 固 に 固 定 する 場 合 が 多 い 図 7-7 チリのアタカマに 設 置 された 12MW/4MWh の 定 置 型 蓄 電 施 設 :A123 のリチウムイオン 二 次 電 池 を 使 用 ( 出 典 :Energy Storage Association のホームペー ジより) 図 7-6 AEP 社 の 送 電 網 に 設 置 された 日 本 ガイシ(NGK) 社 の NaS 電 池 (AEP 社 のホームペー ジより) (3) 地 面 に 設 置 しさらに 建 屋 で 覆 う NaS 電 池 は 発 火 や 爆 発 の 危 険 も 伴 うので コンクリ ート 製 の 建 屋 で 覆 うケースもある 図 7-8 テキサス 州 Presidio 市 に 設 置 された 日 本 ガイシの NaS 電 池 ( 出 典 : 米 国 報 道 資 料 より) 125

116 エネルギー 保 存 システム 116 定 置 型 の 各 蓄 電 技 術 毎 の 特 徴 と 用 途 を 纏 める 126 用 途 (Stepwest の 評 価 による) 蓄 電 の 種 類 長 所 短 所 発 電 所 網 送 配 電 需 要 家 揚 水 発 電 CAES 圧 縮 空 気 蓄 電 化 学 方 式 リチウ ムイオ ン 電 池 ニッケ ル 水 素 電 池 NaS 電 池 鉛 蓄 電 池 フロー 電 池 フライホイ ール 溶 解 塩 蓄 熱 低 コスト( 約 2.3 万 円 /kwh) かつ 寿 命 が 約 60 年 と 耐 久 性 の 面 で 他 と 比 べ 格 段 に 優 位 揚 水 発 電 よりコスト 削 減 の 可 能 性 あり 寿 命 が 長 い 技 術 が 確 立 されており 実 績 もある エネルギー 密 度 が 200Wh/kg とコンパクト 化 に 優 位 メ モリー 効 果 が 小 さく 高 速 充 電 が 可 能 であり また 継 ぎ 足 し 充 電 に 適 している 自 己 放 電 特 性 はニッケル 水 素 電 池 等 より 格 段 に 良 い 長 寿 命 であり 環 境 にやさ しくリサイクルが 容 易 内 部 抵 抗 が 小 さく 大 電 流 放 電 が 可 能 であり また 高 速 充 放 電 が 可 能 資 源 が 豊 富 に 存 在 し 低 コ スト(4 万 円 /kwh)である 瞬 時 応 答 性 充 放 電 エネルギ ー 効 率 にも 優 れる エネル ギー 密 度 が 130Wh/kg とコン パクト 化 に 適 し また 大 容 量 化 も 可 能 寿 命 も 15 年 程 と 比 較 的 長 い 資 源 が 存 在 し 低 コスト(5 万 円 /kwh)である 過 充 電 に 強 く 寿 命 も 17 年 程 度 と 比 較 的 長 い リサイクル 体 制 が 確 立 安 全 性 が 高 く また 充 電 状 態 の 正 確 な 計 測 監 視 大 容 量 化 が 可 能 瞬 時 応 答 性 に 優 れる サイクル 寿 命 が 長 い 単 純 構 造 で 内 臓 バッテリー がなく メンテナンスが 簡 単 低 温 時 の 性 能 劣 化 なし 不 燃 または 難 燃 性 で 安 全 性 が 高 く 資 源 も 豊 富 に 存 在 ま た エ ネ ル ギ ー 密 度 が 立 地 条 件 に 制 約 がある 稼 動 までに 時 間 がかかる(15-20 年 ) 立 地 条 件 に 制 約 ある 起 動 か ら 停 止 に 要 する 時 間 が 分 とやや 長 い 高 コスト(20 万 円 /kwh)であり 寿 命 が 6-10 年 程 度 である 有 機 電 解 液 を 用 いているため 発 火 の 危 険 性 があり また 過 放 電 過 充 電 に 弱 く 高 温 化 で 電 池 の 劣 化 が 早 まる 充 電 時 の 高 精 度 電 圧 制 御 など 充 放 電 時 の 安 全 性 確 保 に 手 間 がかかる 自 己 放 電 が 比 較 的 大 きく 均 等 化 充 電 が 必 要 また 発 熱 に 伴 う 適 切 な 温 度 管 理 が 必 要 水 素 吸 蔵 合 金 にレアメタルを 使 うため 将 来 の 供 給 不 安 が ある 運 転 時 に 300 以 上 加 温 する 必 要 があり 安 全 性 が 低 い 過 去 発 火 事 故 を 起 こしてい る 技 術 が 成 熟 しており 今 後 大 幅 な 改 善 が 見 込 めない 寿 命 が 短 い 鉛 を 使 う エネルギー 密 度 が 10Wh/kg と コンパクト 化 に 適 さない 資 源 が 豊 富 ではない 電 解 液 循 環 用 ポンプを 要 し 電 解 液 を 通 じて 電 流 損 失 が 生 じる 極 めて 短 時 間 しか 蓄 電 ができ ない 特 別 な 安 全 対 策 が 必 要 運 転 時 に 高 温 に 加 温 する 必 要 がある 数 GWh 数 百 MWh 数 十 kwh ~ 数 MWh 経 済 産 業 省 蓄 電 池 戦 略

117 エネルギー 保 存 システム Wh/kg とコンパクト 化 に 非 常 に 適 している 太 陽 熱 発 電 所 付 随 が 多 く 昼 間 の 余 熱 で 数 時 間 発 電 が 続 く 主 な 定 置 用 蓄 電 方 式 の 初 期 コストと 耐 用 年 数 を 下 表 に 纏 める 初 期 コスト 耐 用 年 数 揚 水 発 電 約 2.3 万 円 /kwh 約 60 年 NAS 電 池 約 4 万 円 /kwh 約 15 年 鉛 蓄 電 池 約 5 万 円 /kwh 約 17 年 ニッケル 水 素 電 池 約 10 万 円 /kwh 約 5-7 年 リチウムイオン 電 池 約 20 万 円 /kwh 約 6-10 年 定 置 用 の 各 セグメントの 動 向 現 在 定 置 用 の 充 電 施 設 としては 揚 水 発 電 が 最 も 大 きなシェアを 占 めているが 今 後 レドックスフロー 電 池 リチウムイオン 電 池 NAS 電 池 CAES 電 池 等 が 大 容 量 貯 蔵 用 として 大 幅 に 拡 大 すると 見 込 まれている 127,128,129 動 向 予 測 発 電 所 における 設 置 送 電 配 電 網 ( 変 電 所 に 設 置 す るケースが 多 い) 需 要 家 設 置 ( 中 規 模 グリッド 工 場 ビル 集 揚 水 発 電 がコスト 面 耐 用 年 数 ともに 二 次 電 池 に 比 べて 格 段 に 優 れてい るが 立 地 条 件 の 難 しさや 工 事 期 間 の 長 さ 等 より 今 後 の 伸 びは 期 待 出 来 ない 現 在 大 きな 割 合 を 占 める 揚 水 発 電 の 容 量 にも 限 界 があることから 各 蓄 電 池 の 大 型 化 を 実 現 する 技 術 開 発 が 必 要 であり 揚 水 発 電 と 同 額 の 設 置 コストの 達 成 し 6~7 時 間 の 連 続 充 放 電 の 可 能 化 が 望 まれる 一 方 再 生 可 能 エネルギー 発 電 ( 風 力 太 陽 光 太 陽 熱 発 電 )では 発 電 量 の 変 動 を 発 電 所 レベルで 抑 える 為 に 積 極 的 に 蓄 電 装 置 の 導 入 を 図 りだした IPP(Independent Power Provider)による 発 電 施 設 の 場 合 電 力 を 買 い 取 る 電 力 会 社 の 要 請 により 変 動 を 抑 えなければいけない 短 周 期 長 周 期 ともに 2020 年 前 後 の 導 入 が 想 定 されている エネルギーの 長 期 需 給 見 通 しによると 2030 年 時 点 での 再 生 可 能 エネル ギーの 占 める 割 合 が 25~35%となるよう 大 量 導 入 が 不 可 避 な 状 況 となって いる 2013 年 に 量 産 化 が 着 手 されたレドックスフロー 電 池 は 系 統 用 に 適 してお り 今 後 NAS 電 池 とともにシェアを 大 きく 占 めることが 予 想 される NAS 電 池 は 大 容 量 高 エネルギー 密 度 長 寿 命 コンパクト 安 定 した 電 力 供 給 能 力 などの 利 点 により 2010 年 までは 二 次 電 池 の 中 で 大 きくシェア を 獲 得 していたが 2011 年 の 火 災 事 故 以 降 出 荷 数 が 激 減 した アンシラリーサービスが 整 備 されている 米 国 では リチウムイオン 電 池 の 導 入 が 有 望 であり 注 目 されている 普 及 に 向 け 早 急 にコスト 削 減 を 実 現 するため 公 的 補 助 金 支 給 が 必 要 不 可 欠 である リチウムイオン 電 池 は 需 要 拡 大 による 量 産 効 果 によりコスト 低 減 が 有 経 済 産 業 省 蓄 電 池 戦 略 p

118 エネルギー 保 存 システム 118 合 住 宅 用 家 庭 用 )レベル 効 であり 2016 年 には 2011 年 と 比 較 し 価 格 が 54.5%まで 低 下 すると 予 想 される また エネルギー 密 度 向 上 など 技 術 進 歩 が 期 待 される 事 業 者 用 リチウムイオン 電 池 のコスト 回 収 には 10~15 年 用 する 家 庭 用 リチウムイオン 電 池 については 普 及 に 際 し 電 力 料 金 制 度 の 見 直 し 等 が 不 可 欠 である 7.6. 携 帯 デバイス 用 マーケットの 動 向 携 帯 デバイス 用 マーケットの 概 要 携 帯 デバイス 向 け 二 次 電 池 は 携 帯 電 話 やノートパソコン デジタルカメラなどが 急 速 に 普 及 し 始 めた 1990 年 代 後 半 以 降 二 次 電 池 市 場 の 拡 大 を 牽 引 してきた 特 にリチウムイオン 電 池 は エネルギー 密 度 が 高 く コンパクト 化 に 適 しているため その 需 要 は 顕 著 に 増 加 を 続 けており 2013 年 の 世 界 市 場 では 容 量 ベースで 前 年 比 約 120%の 成 長 が 見 込 まれている 高 成 長 率 に 牽 引 したのは スマートフォンやタブレット 端 末 である 一 方 これまで 二 次 電 池 の 需 要 を 牽 引 してきたノートPCや 従 来 の 携 帯 電 話 向 けは 2012 年 に 一 転 前 年 を 下 回 る 結 果 となった 2014 年 以 降 は 成 長 率 が 徐 々に 鈍 化 していくと 予 想 され ているが より 高 容 量 電 池 が 必 要 とされる 傾 向 にあるため 容 量 ベースは 数 量 ベースを 上 回 る 伸 びで 推 移 するとみられている 世 界 的 な 生 産 規 模 を 誇 るパナソニックやソニー サムスン SDI LG 化 学 BYD などは これ ら 携 帯 デバイス 向 け 二 次 電 池 を 主 力 として 事 業 を 世 界 市 場 に 拡 大 し 今 後 もスマートフォン やタブレット 向 け 等 ポテンシャルの 高 い 分 野 へ 積 極 的 に 事 業 を 展 開 していくことが 予 想 され る 技 術 面 に 関 しては 各 デバイスの 高 性 能 化 にも 伴 い 高 容 量 化 への 期 待 が 引 き 続 き 高 くなっ ている これまで 年 プラス 8% 程 度 で 容 量 アップされてきたが ある 程 度 技 術 も 確 立 してきていること から 今 後 同 様 の 割 合 で 容 量 アップを 継 続 することは 難 しく 2015 年 頃 を 目 途 に 一 段 落 する ものとみられる リチウムイオン 電 池 の 種 類 に 関 しては 従 来 の 円 筒 型 や 角 形 に 加 え フレキシブルで 軽 量 化 に 適 したラミネート 型 に 注 力 するメーカーが 増 えており 今 後 ラミネート 型 への 置 き 換 えが 進 んでいくものと 見 られる 円 筒 型 はノートPCの 需 要 縮 小 を 受 け 前 年 を 下 回 って 推 移 しており 角 形 は スマートフ ォン 向 けで 需 要 が 安 定 しているものの 従 来 の 携 帯 電 話 やデジタルカメラの 需 要 縮 小 を 受 け 長 期 的 には 成 長 率 が 鈍 化 すると 見 込 まれる スマートフォン 等 と 同 様 に 電 動 工 具 向 け 市 場 へのリチウムイオン 電 池 の 需 要 が 高 まってい る 従 来 はニカド 電 池 やニッケル 水 素 電 池 が 使 用 されてきたが これらの 置 き 換 え 需 要 が 高 まっており また 円 筒 型 を 取 扱 うメーカーの 同 市 場 へのマーケティングが 活 発 化 しているた 130, 131 めである

119 MWh M cells/year エネルギー 保 存 システム 携 帯 デバイス 向 けの 今 後 の 動 向 予 想 携 帯 デバイス 向 けの 二 次 電 池 の 市 場 全 体 は 堅 調 な 伸 びが 予 想 されているが 中 でも 携 帯 電 話 ノートPC タブレット 等 の 需 要 拡 大 が 期 待 されるマーケットへの 二 次 電 池 の 使 用 拡 大 が 期 待 されている LIB FORECASTS FOR PO ELECTRONIC DEVICES 携 帯 デバイス 向 け 小 型 二 次 電 池 の 市 場 を 電 池 の 種 類 別 に 見 ると 2013 年 度 は リチウムイオ ン 電 池 の 需 要 が 42 億 セルとなっており ニッケル 水 素 電 池 が 9 億 セルと 予 想 されている 前 者 は 前 年 比 102%で 後 者 は 前 年 比 98% 前 後 でしばらくは 安 定 すると 見 られている LIB market, MWh, by application (3C) Others LIB by form factor ( Household devices Toys The worldwide Battery market BATTERIES 2013 October 14-16, 2013 Nice, FRANCE Christophe PILLOT c.pillot@avicenne.com MP3 Video Games Digital Camera Camcorders Cordless Phones Tablets Portable PCs Cellular Phones Source: AVICENNE ENERGY Analyses 図 7-9 携 帯 デバイス 用 リチウムイオン 電 池 の 将 来 動 向 ( 単 位 は MWh)( 出 典 : 米 国 の 調 査 会 社 の Li-P Li-ion Li-ion Takes (1) Source: Takeshita, Battery Ja

120 エネルギー 保 存 システム エネルギー 貯 蔵 システムへの 政 策 状 況 8.1. 政 策 支 援 の 目 的 再 生 可 能 エネルギーを 用 いた 発 電 や 各 種 の 電 動 自 動 車 は 電 力 不 足 や 資 源 枯 渇 地 球 温 暖 化 等 への 対 応 策 として 注 目 され 過 去 数 年 間 その 適 用 を 増 やしてきた しかし 再 生 可 能 エネルギー 発 電 に 伴 う 不 安 定 さや 電 力 網 の 安 定 化 の 為 や ガソリン 車 に 匹 敵 する 航 続 距 離 や 価 格 を 達 成 には 大 型 で 廉 価 なエネルギー 貯 蔵 技 術 が 必 要 となる これらのエネルギー 貯 蔵 技 術 ( 二 次 電 池 )を 市 場 に 投 入 するためには 研 究 開 発 に 対 する 政 府 主 導 のサポートが 必 要 不 可 欠 となっている 各 国 政 府 は 自 国 のビジネスチャンスと とらえ グローバル 市 場 でのシェアを 獲 得 すべく 研 究 機 関 や 企 業 に 対 して 積 極 的 な 開 発 投 資 を 行 っている 車 載 用 二 次 電 池 や 電 力 網 向 け 電 力 貯 蔵 民 生 用 二 次 電 池 に 関 しては 市 場 参 入 に 際 して コスト 面 が 大 きな 課 題 となっている 電 気 自 動 車 は 価 格 引 き 下 げに 向 け 各 メーカーによる 努 力 が 続 けられているところではあるが 補 助 金 が 支 給 されたとしてもガソリン 車 よりも 高 価 であり 購 入 時 にかかる 負 担 が 大 きい たとえば 三 菱 自 動 車 の imiev の 購 入 価 格 は 補 助 金 適 用 後 で 280 万 円 程 度 であるが 同 等 グレードのガソリン 車 の 購 入 価 格 は 170 万 円 程 度 となっており 補 助 金 がなければ 2 倍 程 度 高 額 となり たとえ 購 入 後 の 電 気 代 がガソリン 代 と 比 較 して 極 めて 低 額 であったとして も 初 期 費 用 の 回 収 にかかる 期 間 は 非 常 に 長 く 購 入 段 階 で 消 費 者 を 惹 きつけることは 極 めて 困 難 である そのため 電 気 自 動 車 のさらなる 普 及 のためには 本 体 そのものへの 補 助 金 に 加 え 二 次 電 池 のコストを 抑 え 他 国 メーカーとの 価 格 競 争 を 勝 ち 抜 くための 研 究 開 発 事 業 への 投 資 も 必 要 不 可 欠 となっている 電 力 網 向 け 二 次 電 池 についてもコスト 面 が 大 きな 課 題 となっており 市 場 へ 参 入 するため には 大 幅 なコストダウンが 必 要 であり 補 助 金 等 による 政 府 の 後 押 しなしに 実 現 するこ とは 極 めて 難 しいと 考 えられる 8.2. 北 米 (アメリカ)の 政 策 補 助 金 について 米 国 では 2009 年 に 打 ち 出 されたグリーン ニューディール 政 策 により 太 陽 光 や 風 力 と いった 自 然 エネルギーの 活 用 電 気 自 動 車 の 普 及 エネルギー 安 全 保 障 問 題 などに 注 目 が 集 まり 10 年 で 1,500 億 ドルの 投 資 2015 年 までに 100 万 台 の 電 気 自 動 車 を 普 及 させる といった 政 策 が 出 された しかしながら シェール 革 命 により 埋 蔵 量 が 豊 富 で CO 2 排 出 量 の 少 ないシェールガスを 原 料 とした 安 価 な 電 力 の 大 量 生 産 にある 程 度 の 目 途 がつき スローダウン 気 味 である そ の 結 果 二 次 電 池 関 連 の 需 要 は 伸 び 悩 み リチウムイオン 電 池 メーカー A123 システムズ などベンチャー 企 業 の 破 綻 が 2012 年 以 降 相 次 ぐこととなった しかしながら 停 電 対 策 や 電 力 ピーク 需 要 の 緩 和 自 然 エネルギーの 活 用 など 電 力 の 安 定 的 な 供 給 に 向 け 二 次 電 池 の 活 用 は 必 要 不 可 欠 となっている 米 国 には 民 間 も 含 め 電 力 会 社 が 3,000 社 以 上 あり 地 域 による 縦 割 り 構 造 となっている そのため 各 電 力 会 社 が 単 独 に 対 策 を 行 うだけでは 非 常 に 効 果 が 限 定 的 であり 産 業 構 造 全 体 に 二 次 電 池 を 普 及 させるためには 州 および 連 邦 単 位 での 取 り 組 みが 必 要 となる 134 問 題 点

121 エネルギー 保 存 システム 121 A123 Systems の 様 に 連 邦 政 府 や 州 政 府 の 補 助 金 や 融 資 保 証 (Loan Guarantee)を 受 けた 会 社 がその 後 経 営 困 難 に 陥 り 最 終 的 に 中 国 企 業 に 買 収 されたりしており そのあり 方 に 対 する 批 判 も 多 い 8.3. 米 国 の 連 邦 レベルと 州 レベルの 政 策 補 助 金 等 の 内 容 米 国 における 連 邦 および 州 政 府 主 導 のエネルギー 貯 蔵 に 関 する 主 要 な 政 策 を 下 表 にまとめる 支 援 は 規 制 ( 義 務 づけ) と 補 助 金 の2 本 立 てとなっている 政 策 名 ( 連 邦 又 は 州 名 ) EFRC(Energy Frontier Centers)プロジェクト (DOE:エネルギー 省 ) 135 バッテリー エネルギー 貯 蔵 革 新 拠 点 (Energy Innovation Hubs)の 設 置 (DOE:エネルギー 省 ) 136 テキサス 上 院 法 案 943 (テキサス 州 議 会 ) 自 家 発 電 インセンティブプロ グラム (CPUC:カリフォルニア 公 共 事 業 委 員 会 ) カリフォルニア 下 院 法 案 1150 (カリフォルニア 議 会 ) カリフォルニア 下 院 法 案 2514 (カリフォルニア 議 会 ) 連 邦 エネルギー 規 制 委 員 会 規 則 719 (FERC: 連 邦 エネルギー 規 制 内 容 大 学 研 究 所 NPO 企 業 等 が 連 携 し 各 分 野 の 基 礎 研 究 を 実 施 資 金 は1 社 ( 研 究 機 関 )あたり$2-5M/ 年 程 度 5 年 間 続 く 蓄 電 技 術 を 対 象 とするプロジェクトは 以 下 のとおり 1. 電 気 エネルギー 貯 蔵 センター(CEES) - アルゴンヌ 国 立 研 究 所 他 2 組 織 2. 電 気 エネルギー 貯 蔵 のための 精 密 多 機 能 ナノ 構 造 の 科 学 センター (NEES) - メリーランド 大 学 他 5 組 織 3. 化 学 的 エネルギー 貯 蔵 北 東 センター(NECCES) - ストーニブルック 大 学 他 8 組 織 アルゴンヌ 国 立 研 究 所 内 に 設 置 し 同 研 究 所 率 いるチームに 5 年 間 で 最 高 $120M を 寄 与 拠 点 には 5 つの 国 立 研 究 所 シカゴ 大 学 他 4 大 学 ダウ ケミカル 等 民 間 企 業 4 社 の R&D 能 力 を 集 結 させ バッ テリーやエネルギー 貯 蔵 の 革 新 的 進 歩 達 成 を 支 援 本 法 案 (Senator Bill : SB943)では 事 業 開 始 にあたりエネルギー 貯 蔵 装 置 施 設 をテキサス 公 共 事 業 委 員 会 に PGC( 電 力 会 社 )とし て 登 録 し 相 互 接 続 が 可 能 で 電 力 市 場 に 参 加 できることを 明 確 化 す ることが 義 務 付 けられている 既 存 又 は 新 しい 分 散 エネルギー 源 を 支 援 するプログラムである 需 要 側 のメーターに 設 置 されたシステムを 用 いて 払 い 戻 しを 行 う 該 当 するのは 風 力 タービン 廃 熱 燃 料 電 池 エネルギー 貯 蔵 シ ステム 等 である 上 記 4のプログラム( 約 $800M)を3 年 間 延 長 する 法 案 当 プログ ラムは 2016 年 1 月 まで 継 続 して 執 行 される カリフォルニア 公 共 事 業 委 員 会 によるエネルギー 貯 蔵 システムの 調 達 目 標 設 定 を 義 務 づける 法 案 2013 年 10 月 時 点 において 同 委 員 会 は 2020 年 までの 調 達 目 標 を 1.325GW に 設 定 している ( 別 途 詳 細 を 記 述 する ) 連 邦 電 力 法 の 同 委 員 会 規 定 を 改 定 する 規 則 で (1) 電 力 不 足 時 の 需 要 レスポンスおよび 市 場 価 格 (2) 長 期 電 力 契 約 (3) 市 場 モニター 政 策 並 びに(4) 地 域 送 電 機 関 と 独 立 系 統 運 用 機 関 へのレスポンス の 分 野 での 改 善 を 目 的 とする 135 科 学 技 術 振 興 機 構 次 々 世 代 二 次 電 池 蓄 電 デバイス 基 盤 技 術 136

122 エネルギー 保 存 システム 委 員 会 137 ) 大 口 電 力 市 場 における 周 波 数 調 整 補 償 金 (FERC: 連 邦 エネルギー 規 制 委 員 会 ) エネルギー 貯 蔵 に 関 する 法 令 2011 (テキサス 公 共 事 業 委 員 会 ) 周 波 数 調 整 の 調 達 に 関 わる 不 当 なレートを 解 消 すべく fasterramping resources への 優 遇 を 取 りやめ 不 当 な 差 別 を 解 消 1986 年 の 内 国 歳 入 法 を 改 定 する 法 案 であり グリッドや 他 の 目 的 で 使 用 されるエネルギー 貯 蔵 施 設 への 投 資 税 額 控 除 を 付 与 10 プロジェクトナンバー39657 (テキサス 公 共 事 業 委 員 会 ) 11 プロジェクトナンバー39917 (テキサス 公 共 事 業 委 員 会 ) 12 プロジェクトナンバー39764 (テキサス 公 共 事 業 委 員 会 ) 13 プロジェクトナンバー40150 (テキサス 公 共 事 業 委 員 会 ) SB943 の 実 施 に 関 する 規 則 制 定 プロジェクト 本 規 則 では 装 置 施 設 への 相 互 接 続 に 関 して 明 確 に 示 している SB943 の 実 施 に 関 する 規 則 制 定 プロジェクト 第 2 弾 テキサス 電 力 信 頼 度 協 議 会 のエリアにおける 送 電 サービス 料 金 の 検 討 2012 年 3 月 に 貯 蔵 施 設 への 充 電 にかかるエネルギーは 大 口 取 引 であると 決 定 テキサス 電 力 信 頼 度 協 議 会 のエリアにおける エネルギー 貯 蔵 施 設 の 適 切 な 配 置 使 用 のための 促 進 策 を 検 討 するプロジェクト テキサス 電 力 信 頼 度 協 議 会 への 特 例 として 同 協 議 会 が 新 技 術 サ ービスに 関 して 行 うパイロットプロジェクトを 支 援 長 期 調 達 計 画 : 規 則 制 定 (CPUC:カリフォルニア 公 共 事 業 委 員 会 ) エネルギー 貯 蔵 技 術 促 進 パー トナーシップ (DOE:エネルギー 省 ) スマートグリッド 投 資 補 助 プ ログラム (DOE:エネルギー 省 ) スマートグリッド 実 施 プログ ラム (DOE:エネルギー 省 ) エネルギーOIR 手 続 (CPUC:カリフォルニア 公 共 事 業 委 員 会 ) 州 民 間 電 力 会 社 によるエネルギー 貯 蔵 能 力 の 保 持 を 許 可 し 定 めら れた 容 量 の 最 低 保 持 量 を 義 務 づけるもの エネルギー 貯 蔵 技 術 の 商 業 化 展 開 に 関 心 のある 州 と 連 携 し 資 金 提 供 を 行 うもの 最 新 送 配 電 システムの 導 入 促 進 スマートグリッドに 関 する 技 術 ツールへの 投 資 奨 励 を 目 的 とするプログラム 採 択 されたプログラ ムは 最 大 で 50%の 金 銭 的 援 助 を 連 邦 政 府 より 受 け 取 ることができる より 費 用 効 果 の 高 い 技 術 やよりよいシステム 構 成 を 構 築 し 実 行 可 能 なスマートグリッドシステムの 適 用 統 合 を 目 的 とするプログラ ム 採 択 されたプログラムは 最 大 で 50%の 金 銭 的 援 助 をエネルギー 省 より 受 け 取 ることができる プログラムには 地 域 的 なスマートグリッドのデモンストレーショ ンと エネルギー 貯 蔵 技 術 に 関 するデモンストレーションの 2 種 類 あり プロジェクト 数 は 合 計 32 予 算 総 額 は$1,600M にのぼる 州 法 により カリフォルニア 公 共 事 業 委 員 会 は エネルギー 貯 蔵 の 調 達 目 標 設 定 を 求 められており 2015 年 と 2020 年 の 二 段 階 におい て 各 電 力 小 売 事 業 者 が 到 達 すべき 目 標 を 定 める 必 要 がある また 同 委 員 会 は 費 用 効 果 の 高 いエネルギー 貯 蔵 システムの 検 討 を 必 要 と しており そのため 本 手 続 きにおいては エネルギー 貯 蔵 に 関 する 評 価 ニーズの 把 握 調 達 目 標 設 定 等 についてワークショップ 等 を 行 っている 137 FERC : Federal Energy Regulatory Commission

123 エネルギー 保 存 システム MLP 同 等 化 法 ( 米 国 上 院 議 会 ) 1986 年 の 内 国 歳 入 法 の 改 定 案 同 法 においては マスターリミテ ィッドパートナーシップは 化 石 燃 料 をベースとするエネルギーパー トナーシップのみを 包 含 していたが エネルギー 貯 蔵 を 含 む 再 生 可 能 エネルギーにまで 範 囲 を 広 げるもの 施 行 されれば エネルギー 部 門 内 の 課 税 方 法 がより 公 正 なものとなる 8.4. 米 国 に 於 けるエネルギー 貯 蔵 関 連 研 究 への 主 要 な 補 助 金 米 国 では 上 記 の 政 策 に 伴 い 各 種 の 規 制 や 補 助 金 を 用 いた 施 策 が 行 われているが 他 国 に 差 をつける 為 にも 研 究 開 発 に 力 を 入 れている これらの 補 助 金 には 連 邦 政 府 よりのものと 地 方 政 府 ( 州 郡 市 )によるものがあり 地 方 政 府 の 補 助 金 を 含 めると 非 常 に 多 岐 に 渡 る 下 表 に DoE の 2013 年 12 月 のレポート 138 による アメリカ 政 府 の 各 機 関 による 蓄 電 関 連 の 各 種 補 助 金 を 纏 める (2009 年 から 2012 年 までの 補 助 金 ) 連 邦 機 関 名 イニシアティブの 数 補 助 金 額 DoE 11 $852.0M DoD 14 $430.3M NASA 8 $20.8M NSF 4 $8.6M EPA 1 $3.3M NIST 1 $1.4M 合 計 39 $1,316.3M 補 助 金 は 以 下 の 種 類 に 分 かれる 1 2 研 究 開 発 目 的 に 数 百 ドル 程 度 を 色 々な 研 究 機 関 やベンチャー 企 業 に 配 布 するもの 上 記 のベンチャー 企 業 の 製 品 の 開 発 に 目 処 がつき その 製 造 工 場 を 米 国 内 に 建 設 する 際 に 工 場 建 設 資 金 を 補 助 するもの( 補 助 金 と 融 資 保 証 の 二 方 式 ) 3 米 国 内 に 実 際 のエネルギー 貯 蔵 システムを 設 置 する 際 の 設 置 費 用 を 補 助 するもの 連 邦 レベルの 研 究 開 発 用 の 取 り 纏 めとして JCESR(Joint Center for Energy Storage Research) を 設 けている これは DOE 傘 下 の 研 究 所 (アルゴンヌ 国 立 研 究 所 ( 米 イリノイ 州 シカゴ) ローレンス バークレー 国 立 研 究 所 パシフィックノースウェスト 国 立 研 究 所 サンディア 国 立 研 究 所 SLAC 国 立 加 速 器 研 究 所 など)や 主 要 大 学 (ノースウェスタン 大 学 シカゴ 大 学 ミシ ガン 大 学 イリノイ 大 学 )の 活 動 を 取 りまとめる 物 である 投 資 額 は 5 年 間 で 約 1 億 2000 万 ドル( 約 120 億 円 )である 1に 関 する 補 助 金 は 上 記 の 通 り 幾 つかの 機 関 から 出 されているが DoE の 下 部 組 織 であ る ARPA-E が 実 施 している 補 助 金 の 規 模 が 一 番 大 きい ARPA-E が 過 去 3 年 間 に 支 給 したエネルギー 貯 蔵 関 連 の 補 助 金 の 内 容 を 下 記 に 纏 める 詳 細 の 支 給 先 と 補 助 金 額 は 添 付 資 料 C を 参 照 の 事 138

124 エネルギー 保 存 システム 124 年 度 対 象 予 算 内 容 件 $30M Advanced Management and Protection of Energystorage Devices (AMPED) 件 $13M Small Business Innovation Research (SBIR) and Small Business Technology Transfer (STTR) 全 体 で 285 件 エネルギ 貯 蔵 だけでなく エネルギー 全 般 に 関 する 全 体 で$770M うちエネルギ 補 助 金 うちエネルギー 貯 蔵 ー 貯 蔵 は 13 Second Open Call for Innovative Energy は$ M 件 Technology Solutions (Open Call-2012) 件 $36M REVOLUTIONARY STORAGE APPROACHES (RANGE) 8.5. FERC Order 719/745(ディマンドレスポンスとアンシラリーサ ービス)について 連 邦 政 府 による 電 力 規 制 の 中 で ディマンドレスポンスとアンシラリーサービスに 関 する 規 制 は 非 常 に 特 徴 的 であり エネルギー 貯 蔵 に 関 して 重 要 であるので 下 記 に 概 要 を 纏 める (なお 連 邦 政 府 は 補 助 金 は 出 さないが 貢 献 者 が 収 入 を 得 られる 方 法 や 制 限 を 規 定 する ) ディマンドレスポンス(DR)は 需 要 側 アンシラリーサービスは 供 給 側 に 対 する 規 制 とインセンテ ィブである 背 景 電 気 料 金 の 段 階 的 設 定 や 需 要 抑 制 を 行 うことに 対 する 報 酬 の 支 払 によって 需 要 家 側 に よる 電 力 の 消 費 パターンを 変 化 させることにより エネルギーの 効 率 的 な 需 要 供 給 を 実 現 するため 欧 米 等 ではディマンドレスポンス(DR)の 取 り 組 みが 積 極 的 に 進 められている DRには 大 きく 言 って 以 下 の 2 パターンがある 電 気 料 金 型 DR: 電 力 会 社 が 時 間 帯 等 で 料 金 を 段 階 的 に 設 定 し 割 高 な 料 金 が 設 定 さ れた 時 に 需 要 家 が 自 らの 判 断 で 需 要 抑 制 を 行 う インセンティブ 型 DR: 電 力 会 社 と 需 要 家 が 契 約 し 電 力 会 社 の 要 請 に 基 づく 需 要 家 の 需 要 抑 制 に 対 してインセンティブが 支 払 われる 欧 米 等 では ピークカットによる 経 済 性 向 上 や 系 統 信 頼 性 確 保 等 の 観 点 から また 非 効 率 な 発 電 設 備 への 投 資 抑 制 にも 寄 与 すると 期 待 されていることから DRの 積 極 的 な 取 組 みが 進 められており 約 9 割 がインセンティブ 型 DRとなっている 年 時 点 での 北 米 でのDRによる 負 荷 抑 制 ポテンシャルは 53,000MW 以 上 全 米 のピー ク 需 要 の 約 7.6%に 当 たると 試 算 されている FERC の 規 制 139 日 本 では 従 来 から 電 力 会 社 と 大 口 需 要 家 ( 契 約 電 力 500KW 以 上 の 事 業 者 )の 間 での 需 給 調 整 契 約 が 存 在 したが 小 口 需 要 家 ( 契 約 電 力 500KW 未 満 の 事 業 者 )との 間 では 東 日 本 大 震 災 後 2012 年 に 初 めて 実 施 され また 個 人 家 庭 への 電 気 料 金 型 DRの 普 及 は 5% 程 度 とDRの 取 組 みが 進 んでいないのが 現 状 である

125 エネルギー 保 存 システム 年 に 公 布 された FERC Order719 では 周 波 数 調 整 等 のアンシラリーサービス 市 場 ( 数 時 間 から 数 十 分 前 に 必 要 な 電 力 を 取 引 する 市 場 )での 取 引 について 発 電 他 のリソースと 同 様 にDRからの 入 札 を 受 けることを 系 統 運 用 機 関 に 義 務 付 けている また 2011 年 に 公 布 された FERC Order745 では エネルギー 市 場 ( 一 日 前 に 必 要 な 電 力 を 取 引 する 市 場 )での 取 引 について DRの 便 益 が 費 用 を 上 回 る 限 りにおいて 発 電 電 力 量 と 等 価 に 取 引 することを 系 統 運 用 機 関 に 義 務 付 けている これらは DRに 初 期 需 要 を 促 し また 個 々の 需 要 家 によるDRを 束 ねるアグリゲータの ビジネスを 助 長 する 原 動 力 になっている このようにDRとアンシラーサービスが 活 発 化 する 中 で 需 要 家 側 のエネルギーマネジメントを 担 うツールとして 蓄 電 池 の 利 用 が 注 目 されており 米 国 は 定 置 用 二 次 電 池 の 中 でも DRとア ンシラーサービスに 適 したリチウムイオン 電 池 やフライホイールの 導 入 に 向 け 技 術 開 発 に 注 力 している 140 米 国 連 邦 エネルギー 規 制 委 員 会 (FERC)による アンシラリーサービスの 分 類 は 下 記 の 通 りであ る 項 目 定 義 提 供 方 法 周 波 数 制 御 電 力 インバラン ス 瞬 動 予 備 力 系 統 周 波 数 を 一 定 範 囲 内 に 維 持 するために 需 要 と 供 給 を 一 致 させるサービス ある 一 定 期 間 に 発 生 する 送 電 量 の 計 画 値 と 実 績 値 の 差 を 補 償 するサービス 発 電 トラブルなどの 事 故 が 起 きたら 即 時 に 電 力 を 補 給 するサービス 市 場 取 引 可 能 運 転 予 備 力 スケジューリン グ 系 統 制 御 給 電 指 令 発 電 設 備 からの 無 効 電 力 供 給 電 圧 制 御 発 電 トラブルなどの 事 故 に 対 し 短 期 間 のうち に 電 力 を 補 給 するサービス 供 給 エリア 内 の 発 電 計 画 を 立 て そのとおりに 給 電 指 令 をするもの 電 圧 を 一 定 範 囲 内 にするために 必 要 な 量 の 無 効 電 力 を 発 電 設 備 等 から 提 供 するサービス 電 力 系 統 運 用 者 が 提 供 し 託 送 量 などで 費 用 回 収 する この 表 を 見 ると 分 かるように すべてのアンシラリーサービスが 市 場 取 引 に 適 している 訳 ではないし すべての 発 電 所 がアンシラリーサービス 市 場 に 参 加 できる 訳 でもない 例 えば 周 波 数 制 御 市 場 に 参 加 できるのは 系 統 運 用 者 からの 制 御 信 号 に 応 じて 自 動 的 に 出 力 増 減 できる 機 能 (AFC:Auto Frequency Control)などの 特 別 な 能 力 を 持 つ 発 電 所 だけ である 瞬 動 予 備 力 市 場 に 参 加 できるのは 短 時 間 で 出 力 を 増 減 できる 発 電 所 だけである 加 えて 米 国 では 最 近 デマンドレスポンス(ネガワット)のアグリゲーターが 負 荷 削 減 の 応 答 性 が 良 い 需 要 家 を 集 めてアンシラリーサービス 市 場 に 参 入 するようになっている 周 波 数 制 御 / 電 圧 制 御 について なお 周 波 数 や 電 圧 制 御 の 基 本 は 供 給 と 需 要 のバランスを 取 る 事 であるが 供 給 が 大 幅 かつ 急 速 に 増 減 するケースと 需 要 が 大 幅 かつ 急 速 に 増 減 するケースで 対 応 が 分 かれる 供 給 が 大 幅 に 変 動 するのは 火 力 発 電 所 や 原 子 力 発 電 所 にトラブルが 発 生 し 供 給 が 数 ギ ガワットレベルで 減 るケースと 再 生 可 能 エネルギー 発 電 ( 風 力 発 電 太 陽 光 発 電 )の 出 140

126 エネルギー 保 存 システム 126 力 が 気 象 の 急 速 な 変 動 で 当 初 予 想 から 大 幅 に 異 なってくる 場 合 等 である 発 電 所 側 で 行 うケースと グリッド 上 で 蓄 電 装 置 ( 二 次 電 池 やフライホイール)を 用 いる 方 法 がある 発 電 所 で 行 う 場 合 これまではガス 火 力 発 電 所 が 用 いられるケースが 多 かっ た 石 炭 火 力 発 電 所 や 原 子 力 発 電 所 は スタートやストップに 時 間 がかかるため ベース ロードとして 利 用 されてきた 8.6. 加 州 に 於 ける 電 力 会 社 への 蓄 電 の 義 務 化 について エネルギー 貯 蔵 技 術 普 及 を 積 極 的 に 奨 励 するカリフォルニア 州 では カリフォルニア 公 共 事 業 委 員 会 (CPUC:California Public Utilities Commission)が 2013 年 10 月 に 全 米 でははじめて 州 の 三 大 民 間 電 力 会 社 に 対 し 明 確 なエネルギー 貯 蔵 量 達 成 目 標 を 義 務 付 ける 法 案 を 成 立 させた その 目 標 は 2020 年 までに 送 電 網 配 電 網 顧 客 サイド の3レベルで 1.3GWの 蓄 電 出 力 量 を 達 成 するというものである 当 民 間 電 力 会 社 サザンカリフォルニア エジ ソン パシフィック ガス&エレクトリック サンディエゴ ガス&エレクトリックの 3 社 は 2014 年 には 調 達 を 開 始 する 必 要 があるが 自 社 で 所 有 できるのは 調 達 量 の 半 分 以 下 と 定 められている これは 顧 客 サイドのエネルギー 資 産 の 大 幅 増 加 を 促 進 するためであるが 当 民 間 電 力 会 社 はこの 制 限 に 強 く 反 発 している また 他 の 技 術 の 参 入 を 妨 げる 可 能 性 があるとして 50MW を 超 える 揚 水 発 電 を 用 いた 電 力 貯 蔵 に 関 しては 本 調 達 に 含 めることができないと 定 められている カリフォルニア 州 では エネルギーの 分 散 化 スマート 化 に 向 けた 動 きが 活 発 で 電 力 会 社 によるナトリウム 硫 黄 電 池 やリチウムイオン 電 池 の 採 用 ビルや 住 居 への 太 陽 光 発 電 設 置 CAES 電 気 自 動 車 の 導 入 等 が 盛 んであるが これらの 新 技 術 を 将 来 にわたり 効 果 的 か つ 効 率 的 に 利 用 していくためには 適 切 な 規 制 や 市 場 メカニズムが 不 可 欠 である 141, /

127 エネルギー 保 存 システム 127

128 エネルギー 保 存 システム 添 付 資 料 -A 量 産 出 荷 中 のメーカー 9.1. GS ユアサ 系 列 GS ユアサ 会 社 名 GSユアサ 技 術 カテゴリー リチウムイオン 電 池 鉛 電 池 用 途 定 置 向 け 自 動 車 向 け モバイル 機 器 向 け 143 設 立 年 度 旧 日 本 電 池 と 旧 ユアサコーポレーションが2004 年 に 経 営 統 合 して 誕 生 概 要 自 動 車 電 池 産 業 用 電 池 電 力 貯 蔵 用 電 池 特 殊 電 池 燃 料 電 池 などの 電 池 や 比 較 的 大 規 模 の 電 源 装 置 を 中 心 に 開 発 製 造 販 売 をしている 自 動 車 二 輪 車 用 の 鉛 蓄 電 池 で 国 内 のシェアはトップ 世 界 でも 第 2 位 のシェアを 占 める 最 近 の 動 き 2007 年 - 三 菱 商 事 三 菱 自 動 車 工 業 と 合 弁 会 社 リチウムエナジージャパンを 設 立 2009 年 - 本 田 技 研 工 業 と 合 弁 会 社 ブルーエナジーを 設 立 2013 年 -GSユアサ ロバート ボッシュ 三 菱 商 事 の3 社 で2014 年 初 頭 に 合 弁 会 社 を 設 立 する 事 を 発 表 URL 所 在 地 京 都 市 南 区 年 商 売 上 高 : 連 結 2,854 億 円 (2012 年 3 月 期 ) 従 業 員 数 : 連 結 12,265 名 (2012 年 3 月 ) 資 本 金 :330 億 円 製 品 車 載 専 用 リチウムイオン 二 次 電 池 にて さらなる 高 性 能 化 やラインナップの 拡 充 低 コスト 化 を 図 る 鉛 蓄 電 池 では ISS 用 や 長 寿 命 品 の 開 発 に 注 力 リチウムイオン 二 次 電 池 (ESS 用 )は ラインアッ プの 拡 大 により 多 様 な 需 要 獲 得 を 目 指 している 鉛 蓄 電 池 は 6 割 が ハ イ ブ リ ッ ド 車 向 け や ISS(Idling Start Stop) 用 であり さらにこの 比 率 図 9-1 GS ユアサ 製 の 拡 大 を 目 指 のリチウムイオン 二 ボーイング787 へのバッテリー 供 給 をフランス 次 電 池 セル( 同 社 ホ の 企 業 タレス グループを 通 じて 行 っている ームページより) JR 貨 物 HD300 形 ハイブリッド 機 関 車 ( 日 本 初 のハイ ブリッド 機 関 車 )にリチウムイオン 電 池 を 供 給 バッテリーだけでは 無 く バックアップ 電 源 システムや 無 停 電 電 源 装 置 な どの 国 内 シェアトップ リチウムエナジージャパン(LEJ) 会 社 名 リチウムエナジージャパン(LEJ) 概 要 リチウムイオン 二 次 電 池 の 開 発 製 造 販 売 用 途 自 動 車 向 け 電 力 貯 蔵 向 け 等 設 立 年 度 2007 年 12 月 12 日 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) GSユアサ(51%) 三 菱 商 事 (44.6%) 三 菱 自 動 車 (4.4%)の 合 弁 会 社 資 本 金 135 億 円 主 な 顧 客 三 菱 自 動 車 のEV i-miev に 向 けたLiイオン2 次 電 池 の 量 産 を2009 年 6 月 に 開 始 所 在 地 滋 賀 県 栗 東 市 蜂 屋 URL 製 品 滋 賀 工 場 が 完 成 した 後 は リチウムイオン 電 池 のセル LEV50 を 年 間 1250 万 セル(2.3GWh, i-miev 15 万 台 分 )を 生 産 する 技 術 的 特 徴 リチウムエナジージャパン(LEJ)のLiイオン2 次 電 池 セル マンガン 酸 リチウムをベースにした 正 極 材 料

129 エネルギー 保 存 システム ブルーエナジー 会 社 名 概 要 用 途 資 本 金 設 立 年 度 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) ブルーエナジー ハイブリッド 車 (Honda IMAシステム) 用 リチウムイオン 電 池 の 製 造 販 売 及 び 研 究 開 発 会 社 自 動 車 向 け 75 億 円 2009 年 4 月 1 日 GSユアサと 本 田 技 研 工 業 との 共 同 出 資 ( 出 資 比 率 ジーエス ユアサ パワーサ プライ51% ホンダ49%) 主 な 顧 客 アコードハイブリッド には 同 社 従 来 品 と 同 サイズでありながら 出 力 性 能 を 大 幅 に 向 上 させつつ 長 期 耐 久 性 能 を 確 保 した 新 製 品 EH5が 搭 載 アコードプラグインハイブリッド には 大 容 量 化 と 高 出 力 化 をバランスよく 実 現 させると ともに 高 い 信 頼 性 と 安 全 性 を 兼 ね 備 えた 新 製 品 EH19が 搭 載 所 在 地 URL 技 術 的 特 徴 京 都 府 福 知 山 市 長 田 野 町 1 丁 目 37 番 地 三 元 系 をベースにした 正 極 材 料 図 9-2 ブルーエネジー 製 のリチウムイオン 二 次 電 池 セル( 同 社 ホームペ ージより) 9.2. パナソニック 系 列 プライムアース EV エナジー 株 式 会 社 会 社 名 プライムアースEVエナジー 株 式 会 社 技 術 カテゴリー リチウムイオン 電 池 ニッケル 水 素 電 池 用 途 自 動 車 向 け 設 立 年 度 1996 年 ( 平 成 8 年 )12 月 11 日 資 本 金 200 億 円 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) トヨタ 自 80% ハ ナソニック20% 来 歴 1996 年 12 月 11 日 - 設 立 ( 出 資 比 率 はトヨタ 自 動 車 60% パナソニックグループ 40%) 1997 年 1 月 - 境 宿 工 場 で 電 気 自 動 車 用 ニッケル 水 素 蓄 電 池 の 開 発 量 産 開 始 2006 年 11 月 - 累 計 生 産 台 数 100 万 台 ( 車 両 台 数 ベース) 突 破 2007 年 3 月 - 大 森 工 場 操 業 開 始 2008 年 2 月 - 本 社 を 大 森 工 場 敷 地 内 に 移 転 2008 年 5 月 - 宮 城 県 黒 川 郡 大 和 町 に 工 場 建 設 を 決 定 2010 年 4 月 - 第 三 者 割 当 増 資 を 実 施 し 出 資 比 率 がトヨタ 自 動 車 80.5% パナソニ ックグループ19.5%となる 2010 年 6 月 2 日 - 社 名 を プライムアースEVエナジー 株 式 会 社 に 変 更 主 な 顧 客 リチウムイオン 電 池 西 工 場 に1ライン 新 設 年 産 20 万 台 規 模 へ 増 産 従 来 は 3.6 万 台 次 期 プリウスには 本 格 的 に 採 用 ニッケル 水 素 電 池 ハイブリッド 車 に 採 用 12 年 のHV 生 産 は121 万 9000 台 国 内 新 車 の4 割 がHV 燃 費 の 向 上 も 期 待!13 年 は 140 万 台 超? 所 在 地 静 岡 県 西 市

130 エネルギー 保 存 システム 130 年 商 従 業 員 数 約 2,600 名 (2011 年 6 月 時 点 ) 売 上 高 約 922 億 円 (2010 年 度 実 績 ) 最 新 の 動 向 トヨタ 自 動 車 は ハイブリッド 車 (HV)の 販 売 好 調 を 受 け 子 会 社 のプライ ムアースEVエナジーを 通 じ 2015 年 からニッケル 水 素 電 池 を 増 産 する 宮 城 県 の 工 場 に 約 100 億 円 を 投 じて 新 建 屋 を 設 け 同 工 場 の 生 産 能 力 を 年 40 万 台 分 と 現 行 に 比 べ 約 3 割 増 やす 13 年 は 同 社 の 国 内 新 車 販 売 に 占 めるHVの 比 率 が4 割 に 達 する 見 通 し HV 市 場 の 拡 大 が 国 内 での 部 材 や 生 産 設 備 の 受 注 拡 大 にも 波 及 しそうだ 技 術 的 特 徴 三 元 系 をベースにした 正 極 材 料 パナソニック/エナジー 社 ( 旧 松 下 電 池 工 業 ) 会 社 名 パナソニック/エナジー 社 ( 旧 松 下 電 池 工 業 ) 技 術 カテゴリー リチウムイオン 電 池 ニッケル 水 素 電 池 主 な 顧 客 テスラ 社 に 既 に18650サイズのセルを2013 年 6 月 までに2 億 本 を 供 給 2013 年 10 月 末 2014~17 年 に20 億 個 のEV 向 け 電 池 をテスラに 供 給 するこ とで 合 意 した 数 十 万 台 分 に 相 当 する 大 規 模 な 契 約 である 富 士 重 工 業 向 けのニッケル 水 素 電 池 経 緯 2011 年 に 三 洋 電 機 を 完 全 子 会 社 化 し 二 次 電 池 分 野 で 世 界 トップシェア を 獲 得 した 携 帯 デバイス 用 途 に 関 しては 2012 年 に 世 界 出 荷 シェアが 2.8 ポイントダ ウンの 20.7%と 2 位 に 転 落 した モバイル 関 連 の 収 益 性 悪 化 により 2011 年 度 には 734 億 円 ののれん 代 を 破 損 処 理 2012 年 度 中 に 中 国 蘇 州 に 工 場 を 建 設 モバイル 関 連 の 生 産 を 2013 年 度 ま でに 5 割 程 度 国 内 生 産 から 移 管 し コスト 競 争 力 を 高 める パソコン 用 の 需 要 が 落 ち 込 んでいるが 携 帯 電 話 の 基 地 局 用 バックアップ 電 源 の 需 要 が 拡 大 しており また 自 動 車 用 リチウムイオン 電 池 の 需 要 も 増 えてい 同 社 リチウムイオン 電 池 関 連 事 業 は2012 年 度 の 赤 字 から 転 じて 2013 年 は 黒 字 化 が 予 想 されており 今 後 需 要 が 拡 大 が 期 待 される 自 動 車 用 を 中 心 に 設 備 増 強 を 図 っていく 方 針 144 リチウムイオン 電 池 の 特 ニッケル 系 の 正 極 材 料 を 用 いる 徴 2006 年 から 量 産 を 開 始 したニッケル 系 正 極 の 電 池 セルの 容 量 は2.9Ahで コバルト 系 正 極 を 用 いた 同 社 電 池 セルの2.6Ahよりも 向 上 ニッケル 系 の 正 極 材 料 は コバルト 系 に 比 べてエ ネルギー 密 度 を 高 められるものの 異 常 な 発 熱 が 起 こりやすいなど 安 定 性 の 面 で 問 題 があったが 2005 年 に 発 表 したHRL( 絶 縁 性 耐 熱 層 ) 技 術 によっ て 対 応 とのこと HRL 技 術 とは セパレータと 負 極 の 間 にHRLを 形 成 することで 析 出 した 金 属 Liや 生 産 時 に 混 入 した 異 物 による 短 絡 熱 暴 走 を 防 ぐ 技 術 のこと 図 9-3 パナソ さらなる 性 能 向 上 を 図 るために 同 社 は 負 極 材 料 を 従 来 のカーボンからシリコン 系 合 金 に 変 更 した ニック 社 製 の 電 池 セルを 開 発 とのこと リチウムイ 添 付 は 18650サイズの 円 筒 形 リチウムイオン 電 池 セル オン 二 次 電 池 セ ル( 同 社 ホーム ページより)

131 エネルギー 保 存 システム 131 ニッケル 水 素 電 池 の 特 徴 パナソニックは 2013 年 3 月 29 日 に 富 士 重 工 業 が 米 国 で 発 売 する 予 定 の ハイブリッド 車 (HV) スバル XV クロストレック ハイブリッド にニッケル 水 素 電 池 を 供 給 すると 発 表 した 同 車 は 富 士 重 として 初 のHVで 2013 年 10 月 に 開 幕 したニューヨーク 国 際 自 動 車 ショーに 出 展 している パナソニックが 洲 本 工 場 ( 兵 庫 県 )で 生 産 し 供 給 する 同 社 のHV 用 ニッケル 水 素 電 池 は 米 フォード モー ターや 独 フォルクスワーゲンなど 大 手 メーカーのH Vにも 採 用 されている 今 後 も 供 給 先 を 増 やし 環 図 9-4 パナソニ ック 社 製 の 単 1 型 ニッケル 水 素 二 次 境 対 応 車 用 の2 次 電 池 事 業 を 拡 大 する 電 池 セル( 同 社 ホ 写 真 はHEV 用 ニッケル 水 素 電 池 セル ームページより) 科 力 美 ( 中 国 ) 汽 車 動 力 電 池 会 社 名 科 力 美 ( 中 国 ) 汽 車 動 力 電 池 技 術 カテゴリー HV 向 けのニッケル 水 素 電 池 用 途 自 動 車 向 け 設 立 年 度 2013 年 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 156 億 3 千 万 円 日 本 側 プライムアースEVエナジー(トヨタとパナソニック):41% トヨタ 中 国 現 法 :5% 豊 田 通 商 :4% 中 国 側 科 力 遠 が40% 常 熟 の 投 資 会 社 が10% 過 去 の 経 緯 科 力 遠 は11 年 にパナソニックから 車 載 用 ニッケル 水 素 電 池 事 業 を 買 収 しており 神 奈 川 県 茅 ケ 崎 市 の 旧 パナソニックの 工 場 を 運 営 している 所 在 地 江 蘇 省 常 熟 年 商 従 業 員 数 約 2,600 名 (2011 年 6 月 時 点 ) 売 上 高 約 922 億 円 (2010 年 度 実 績 ) 最 新 の 動 向 トヨタ 自 動 車 は ハイブリッド 車 (HV)の 販 売 好 調 を 受 け 子 会 社 のプライ ムアースEVエナジーを 通 じ 2015 年 からニッケル 水 素 電 池 を 増 産 する 宮 城 県 の 工 場 に 約 100 億 円 を 投 じて 新 建 屋 を 設 け 同 工 場 の 生 産 能 力 を 年 40 万 台 分 と 現 行 に 比 べ 約 3 割 増 やす 13 年 は 同 社 の 国 内 新 車 販 売 に 占 めるHVの 比 率 が4 割 に 達 する 見 通 し HV 市 場 の 拡 大 が 国 内 での 部 材 や 生 産 設 備 の 受 注 拡 大 にも 波 及 しそうだ 技 術 的 特 徴 9.3. NEC 系 列 三 元 系 をベースにした 正 極 材 料 オートモーティブエナジーサプライ(AESC) 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 年 度 オートモーティブエナジーサプライ(AESC) リチウムイオン 電 池 定 置 向 け 自 動 車 向 け モバイル 機 器 向 け 2007 年 4 月 19 日 資 本 金 :23 億 4500 万 円 ( 資 本 準 備 金 23 億 4500 万 円 ) 約 600 名 (2013 年 3 月 末 ) 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 日 産 自 動 車 株 式 会 社 51% 日 本 電 気 株 式 会 社 42% NECエナジーデバイス 株 式 会 社 7% 主 な 顧 客 2010 年 12 月 に 日 産 自 動 車 が 発 売 予 定 のEV リーフ に 搭 載 されるLiイオン2 次 電 池 の 製 造 所 在 地 神 奈 川 県 座 間 市 広 野 台

132 エネルギー 保 存 システム 132 URL 年 商 約 622 億 円 (2011 年 度 ) 日 産 自 動 車 はリーフを 中 心 とするEVを 年 間 5 万 台 規 模 で 生 産 する 体 制 を 日 本 で 構 築 するほか 2012 年 には 米 国 での 生 産 を 開 始 し 日 米 で 年 間 20 万 台 を 生 産 する 予 定 である 製 品 セル モジュール パック 技 術 的 特 徴 AESCが 正 極 材 として 採 用 しているマンガン 酸 リチウムは 1 過 充 電 状 態 で も 結 晶 構 造 が 変 化 せず 安 全 であること 2マンガンは 埋 蔵 量 が 豊 富 で 市 場 価 格 が 安 定 しているという 特 長 を 持 っている AESCのセルは アルミ 箔 にマンガン 酸 リチウムを 塗 布 した 正 極 と 銅 箔 にカ ーボン 材 料 を 塗 布 した 負 極 を セパレータを 挟 んで 交 互 に 重 ねたものをラ ミネートで 封 止 した 構 造 になっている 広 い 表 面 積 シート 状 の 形 状 シンプルな 構 造 といった 特 徴 を 持 ち これ によって 放 熱 性 が 良 い 車 両 搭 載 にあたってバッテリー 形 状 の 自 由 度 が 高 い 低 コストといった 自 動 車 バッテリーとしての 高 いパフォーマンスを 実 現 NEC エナジーデバイス 株 式 会 社 会 社 名 NECエナジーデバイス 株 式 会 社 技 術 カテゴリー 大 容 量 ラミネートリチウムイオン 二 次 電 池 電 極 および 環 境 エネルギー 分 野 に 関 する 製 品 の 開 発 製 造 販 売 および 保 守 用 途 環 境 対 応 車 用 電 池 電 力 貯 蔵 スマートグリッド 設 立 年 度 2010 年 4 月 1 日 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 資 本 金 4 億 円 (NEC100%) 従 業 員 連 結 583 名 (2013 年 12 月 末 現 在 ) 所 在 地 神 奈 川 県 相 模 原 市 中 央 区 下 九 沢 1120 番 地 NEC 相 模 原 事 業 場 内 URL 最 近 の 動 き リチウムイオン 蓄 電 池 の 生 産 能 力 を5 割 高 める 甲 府 市 に 年 産 能 力 1 万 5000 台 ( 家 庭 用 蓄 電 池 換 算 )の 製 造 ラインを 新 設 する 2013 年 度 から 企 業 向 けの 蓄 電 池 の 生 産 も 予 定 していることから 量 産 効 果 を 高 め 低 コスト 化 を 推 し 進 める (2013/2/6 0:05 日 本 経 済 新 聞 電 子 版 ) AESCについて オートモーティブエナジーサプライ 株 式 会 社 (AESC) は 日 産 51% NECエナジーデバイス 49%の 出 資 比 率 で 出 来 た 合 弁 会 社 である なお NECエナジーデバイス がAESCに 電 極 を 納 品 している 技 術 的 特 徴 構 造 従 来 から 主 流 の" 電 極 を 巻 いた 形 "( 捲 回 構 造 )ではなく " 電 極 を 幾 重 にも 重 ねた 形 "( 積 層 構 造 )を 採 用 そのため 高 い 放 熱 性 を 実 現 すると 同 時 に 薄 型 であるため 自 動 車 などス ペースが 限 られている 用 途 に 適 して いる 図 9-5 積 層 型 のリチウムイオン 二 次 電 池 低 抵 抗 のため 大 電 流 放 電 も 可 能 ( 同 社 ホームページより) 正 極 材 料 マンガン 系 材 料 : 過 充 電 に 強 く かつ 熱 的 安 定 性 に 優 れ 高 い 安 全 性 NEC 株 式 会 社 会 社 名 NEC 技 術 カテゴリー 電 力 システムマネージメント 用 途 電 力 貯 蔵 スマートグリッド URL 最 近 の 動 き NECは 各 地 のオフィスビルや 家 庭 に 設 置 した 蓄 電 池 を 制 御 し 電 力 需 給

133 エネルギー 保 存 システム 日 立 系 列 日 立 製 作 所 に 応 じて 送 配 電 する 技 術 を 開 発 したと 発 表 (2012/11) 146 停 電 の 原 因 となる 電 気 の 周 波 数 の 変 動 を 検 知 し 発 電 量 が 需 要 を 上 回 る 場 合 は 余 った 電 力 を 蓄 え 消 費 が 増 えると 速 やかに 放 電 して 需 給 調 整 する 複 数 のビルなどの 電 力 を 管 理 する アグリゲーター と 呼 ぶ 仲 介 業 者 向 け に 早 ければ 小 売 り 自 由 化 が 始 まる2016 年 までに 実 用 化 仲 介 事 業 への 参 入 も 検 討 する 会 社 名 日 立 製 作 所 最 近 の 動 き 2011 年 11 月 に グループ 各 社 が 手 掛 ける 電 池 事 業 を 再 編 電 池 素 材 を 得 意 とする 日 立 化 成 工 業 が 鉛 蓄 電 池 大 手 の 新 神 戸 電 機 を 完 全 子 会 社 化 日 立 本 体 は 産 業 用 リチウムイオン 電 池 事 業 を 新 神 戸 電 機 に 移 管 自 動 車 ( 日 立 ビークルエナジー) デジタル 機 器 ( 日 立 マクセルエナジー ) 産 業 機 器 ( 新 神 戸 電 機 )の 用 途 別 に3つの 電 池 関 連 会 社 が 事 業 を 担 う 体 制 本 体 は 先 端 技 術 の 研 究 開 発 に 特 化 する 大 型 蓄 電 池 製 品 大 出 力 の 大 型 蓄 電 池 1MWリチウムイオン 蓄 電 システムパッケージ( CrystEna) を 開 発 システム 全 体 をコンテナに 搭 載 したことで 出 力 と 比 較 して 小 型 化 したこと が 特 徴 風 力 発 電 や 太 陽 光 発 電 といった 分 散 型 の 再 生 可 能 エネルギーと 組 み 合 わせ た 用 途 を 狙 う 電 力 需 給 バランスの 維 持 と 系 統 安 定 化 が 目 的 2012 年 度 に 同 システムの 開 発 を 始 め 2013 年 12 月 時 点 では 実 証 試 験 用 の 試 作 品 を4~5システム 製 造 中 実 証 試 験 と 並 行 して2014 年 初 頭 にも 製 品 の 出 荷 を 開 始 する 製 造 中 の 電 池 システムは 日 立 製 作 所 の 電 力 系 統 制 御 技 術 と 日 立 化 成 のリ チウムイオン 蓄 電 池 を 組 み 合 わせたもの 出 力 1MW 容 量 450kWhという 蓄 電 システムを40フィート または45フィートコンテナに 格 納 したオール インワンパッケージ マーケット 日 立 製 作 所 が 実 証 試 験 の 場 とするのが アンシラリー 市 場 147 電 力 自 由 化 が 進 む 米 国 では 短 周 期 と 呼 ばれるわずか 数 秒 から 数 分 ほど の 間 に 変 動 する 電 力 も 売 買 している 短 周 期 は 出 力 の 変 動 が 大 きく これ を 和 らげるために 取 引 市 場 では 小 口 の 電 力 を 売 り 買 いする 事 業 も 活 発 だ 高 性 能 の 蓄 電 池 があれば 機 動 的 に 小 口 の 電 力 を 売 りたい 側 の 利 点 が 高 まる 日 立 によるとこうした 電 力 取 引 は20 年 時 点 で 約 20ギガワット 規 模 に 達 し このうち7.5ギガワット 分 は 蓄 電 池 システムを 導 入 できる 見 込 み 米 国 の 複 数 のアンシラリー 市 場 に 対 して システムを4 台 投 入 する 日 立 オートモティブシステムズ 会 社 名 日 立 オートモティブシステムズ 設 立 年 度 2009 年 7 月 1 日 東 京 都 千 代 田 区 大 手 町 二 丁 目 2 番 1 号 親 会 社 資 本 金 150 億 円 ( 株 式 会 社 日 立 製 作 所 100%) 売 上 高 8,068 億 円 (2013 年 3 月 期 連 結 ベース) 技 術 的 特 徴 電 池 セルの 製 造 はグループ 会 社 の 日 立 ビークルエナジー 株 式 会 社 が 行 う 製 品 日 産 自 動 車 の 北 米 向 けSUV Pathfinder Hybrid にLiイオン2 次 電 池 パッ クを 供 給 し 始 めたことを 明 らかにした 米 国 法 人 のHitachi Automotive Systems Americas 社 のケンタッキー 工 場 で 電 池 パックを 生 産 している

134 エネルギー 保 存 システム 日 立 ビークルエナジー 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 年 度 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 主 な 顧 客 所 在 地 URL 年 商 製 品 技 術 的 特 徴 電 池 セルは 日 立 ビークルエナジー 製 である 日 産 自 動 車 はこれまでNECグループとの 合 弁 会 社 であるオートモーティブ エナジーサプライ(AESC)から 電 動 車 両 向 けのLiイオン2 次 電 池 の 供 給 を 受 けてきたが 供 給 元 を 拡 大 した 形 となる 日 立 ビークルエナジー ハイブリッド 電 気 自 動 車 用 リチウムイオン 電 池 のマーケティング 及 び 開 発 製 造 2004 年 ( 平 成 16 年 )7 月 1 日 日 立 製 作 所 65% 新 神 戸 電 機 25% 日 立 マクセルエナジー10% 日 産 GE いすゞ 三 菱 ふそう 茨 城 県 ひたちなか 市 稲 田 資 本 金 75 億 円 ハイブリッド 車 (HV)に 使 うリチウムイオン 電 池 を 増 産 する 100 億 円 を 投 じ 2014 年 半 ばまでに 京 都 府 内 にて 新 工 場 を 建 設 稼 働 させる 国 内 のH V 用 リチウムイオン 電 池 (セル 単 位 )の 生 産 能 力 を 月 100 万 個 に 引 き 上 げる 日 産 自 動 車 などに 加 え HVを 開 発 する 海 外 メーカーに 供 給 する グループ 会 社 の 日 立 マクセルの 京 都 工 場 ( 京 都 府 大 山 崎 町 )の 敷 地 内 に 新 工 場 を 建 設 中 で 電 池 パックに 封 入 する 小 型 電 池 セル を 生 産 14 年 半 ば 以 降 に 出 荷 する このほど 日 産 が 北 米 向 けに 納 入 するHV パスファインダーハイブリッド 向 けに 供 給 を 始 めた 今 回 の 増 産 により ゼネラル モーターズ(GM) など 海 外 自 動 車 メーカーが17 年 以 降 に 投 入 を 計 画 するHVにも 供 給 を 目 指 し ていく 現 在 電 池 セルは 東 海 工 場 ( 茨 城 県 ひたちなか 市 )で 月 34 万 個 を 生 産 米 ケ ンタッキー 州 の 工 場 で 組 み 立 てている 日 本 でセルの 量 産 体 制 を 整 えて 北 米 向 けの 供 給 を 増 やすことで 自 動 車 メーカーの 需 要 に 応 える 日 立 はいすゞ 自 動 車 や 米 GMなどに 累 計 450 万 個 の 電 池 セルの 納 入 実 績 を 持 つ リチウムイオン 電 池 の 世 界 市 場 では 韓 国 のサムスンSDI パナソニ ックなどが 強 い 正 極 材 料 はマンガン 系 負 極 材 料 はアモルファスカーボン 円 筒 型 と 角 型 2006 年 の 第 2 世 代 ( 出 力 密 度 2,600W/kg) 2010 年 に 量 産 化 された 出 力 密 度 3,000W/kgの 第 3 世 代 電 池 など リチウムイオン 電 池 の 高 出 力 密 度 化 に 成 功 し てきています さらに 2013 年 量 産 開 始 予 定 の 第 4 世 代 電 池 では 世 界 最 高 レベルの 出 力 密 度 4,500W/kgを 達 成 しています 第 3.5 世 代 電 池 パックに 搭 載 する 円 筒 形 電 池 セルは, HEV 用 に 高 性 能 と 安 全 性 を 両 立 させた 最 適 設 計 を 行 い 2011 年 から 量 産 を 開 始 円 筒 型 電 池 セルの 生 産 拠 点 を 新 たに 京 都 府 乙 訓 郡 大 山 崎 町 に 構 築 した( 図 6 参 照 ) 新 たな 電 池 生 産 ラインは, 既 設 ライン 比 で 投 資 効 率 を 約 2 倍 にし,ラ ンニングコストの 半 減 などを 達 成 している 新 生 産 ラインの 構 築 によって 円 筒 形 電 池 セルの 総 生 産 能 力 は 月 産 100 万 セル 超 に 到 達 し, 競 争 力 のある 高 効 率 な 生 産 体 制 を 実 現 高 エネルギー 型 電 池 セルとして,PHEV/EV 用 角 形 電 池 セルを 開 発 中 である EV 走 行 と HEV 走 行 を 使 い 分 け, 大 幅 な 燃 費 改 善 と 排 出 ガス 抑 制 可 能 な PHEV が 注 目 れている この 電 源 として 高 エネルギー(EV 走 行 )かつ 高 出 力 (HEV 走 行 )の 電 池 セルを 開 発 している 両 者 は 電 池 設 計 上 相 反 する 特 性 であるが, 角 形 電 池 セルの 低 抵 抗 化 構 造 と 電 極 活 物 質 の 組 成 と 電 極 厚 みの 最 適 化 により 両 立 を 可 能 とした また, 高 エネ ルギー 化 に 伴 う 安 全 性 の 確 保 にはセラミックセパレータの 採 用, 新 電 解 液 添 加 材 の 開 発 などで 対 応 した

135 エネルギー 保 存 システム 新 神 戸 電 機 株 式 会 社 会 社 名 新 神 戸 電 機 株 式 会 社 ( 日 立 系 列 ) 技 術 カテゴリー 各 種 の 電 池 を 幅 広 く 取 り 扱 う 設 立 年 度 1969 年 ( 母 体 となる 日 本 蓄 電 池 製 造 株 式 会 社 の 設 立 は 大 正 5 年 ) 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 日 立 化 成 100% 1969 年 に 日 本 蓄 電 池 製 造 と 神 戸 電 機 の 合 併 により 設 立 2012 年 に 親 会 社 の 日 立 化 成 による 完 全 子 会 社 化 所 在 地 東 京 都 中 央 区 明 石 町 URL 従 業 員 数 年 商 製 品 技 術 的 特 徴 単 体 1,216 人 連 結 2,307 人 資 本 金 :25 億 4677 万 円 売 上 :757 億 1,700 万 円 自 動 車 用 バッテリー 自 動 車 用 充 電 器 &バッテリーテスター 産 業 車 輌 用 鉛 蓄 電 池 電 気 自 動 車 用 電 池 産 業 用 鉛 蓄 電 池 小 形 制 御 弁 式 鉛 蓄 電 池 産 業 用 リチウムイオン 蓄 電 池 リチウムイオンキャパシタ コンデンサ 産 業 用 リチウムイオン 電 池 としては バックアップ 用 電 源 や 太 陽 光 風 力 等 の 新 エネルギー 電 力 システムに 使 用 可 能 な 大 容 量 (50~200Ah)のものがあ る 9.5. 三 菱 重 工 会 社 名 カテゴリー 製 品 技 術 的 特 徴 三 菱 重 工 リチウムイオン 二 次 電 池 当 社 製 リチウムイオン 二 次 電 池 (50Ah 級,P140 電 池 )を 利 用 した 大 型 の 電 力 貯 蔵 システム(Energy Storage System, ESS)を 開 発 英 国 の 電 力 大 手 SSE(SSE plc)と 共 同 で 再 生 可 能 エネルギーの 比 率 が 高 い 英 国 オークニー(Orkney) 諸 島 の 電 力 ネットワークで 蓄 電 システムの 実 証 試 験 に 取 り 組 む リチウムイオン 二 次 電 池 を 搭 載 した 最 大 出 力 2MW(メガワット)のコンテナ 型 大 容 量 蓄 電 システムを 導 入 し 同 地 域 の 電 力 安 定 化 の 検 証 を 行 うもの 稼 働 開 始 は2013 年 体 積 効 率 のよい 角 形 積 層 式 の 形 態 で 積 層 されていることで 大 容 量 高 エネ ルギー 密 度 長 寿 命 化 を 実 現 するとのこと 9.6. 東 芝 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 主 な 顧 客 東 芝 負 極 材 料 にチタン 酸 リチウム(LTO)を 採 用 したLiイオン 電 池 自 動 車 向 け 電 力 向 け 等 自 動 車 向 け 大 手 の 乗 用 車 向 けの 受 注 はまだ 無 い 模 様 電 動 バスの 実 証 実 験 等 電 力 向 け 標 準 家 庭 で2000 世 帯 が1 日 に 利 用 する 電 力 量 を 蓄 えられる 容 量 2 万 キロワ

136 エネルギー 保 存 システム 136 ット 時 の 電 池 で まず 東 北 電 力 に2015 年 に 納 入 する 受 注 額 は 約 100 億 円 過 去 の 経 緯 ( 一 度 撤 退 し 1992 年 東 芝 は 旭 化 成 とリチウムイオン 二 次 電 池 の 開 発 製 造 販 売 を 行 う たが 再 開 ) エイ ティーバッテリー を 共 同 出 資 で 設 立 後 に 全 額 出 資 子 会 社 としたが 2004 年 に 会 社 を 解 散 した 燃 料 電 池 の 開 発 に 力 を 入 れるため というのが 撤 退 の 理 由 だった 2007 年 12 月 に 負 極 材 料 にチタン 酸 リチウム(LTO)を 採 用 したLiイオン 電 池 を 発 表 最 新 の 動 き 東 芝 は2014 年 中 に 自 動 車 向 けの 小 型 リチウムイオン 電 池 の 生 産 能 力 を 倍 増 させると 発 表 柏 崎 工 場 ( 新 潟 県 柏 崎 市 )で 車 両 ベースで 年 100 万 台 程 度 分 が 生 産 できるよ うになる 投 資 額 は50 億 円 程 度 とみられる 同 電 池 は 信 号 停 止 時 にエンジンが 自 動 的 に 止 まり 燃 費 改 善 につながるアイドリングストップ 機 能 を 搭 載 した 車 向 けに 供 給 する 製 品 SCiBの 商 標 を 持 つ 二 次 電 池 を 製 造 開 発 リチウムイオン 電 池 ではなく その 新 型 との 位 置 づけ 技 術 的 特 徴 外 力 などで 内 部 短 絡 が 生 じても 熱 暴 走 を 起 こしにくい 構 造 を 持 つ 充 放 電 6000 回 以 上 の 長 寿 命 5 分 間 での 急 速 充 電 キャパシタ 並 みの 入 出 力 密 度 -30 の 低 温 での 動 作 等 に 特 徴 金 属 Liが 析 出 しにくいこともあって 一 般 的 なLiイオン 電 池 よりもSOC( State of Charge: 満 充 電 の 状 態 を100%とした 充 電 率 )を 幅 広 く 取 ることが できる 課 題 : 炭 素 系 の 負 極 材 料 を 用 いる 一 般 的 なLiイオン 電 池 に 比 べて 出 力 電 圧 が2.4V~2.5Vと 低 い 住 友 電 気 工 業 会 社 名 住 友 電 気 工 業 技 術 カテゴリー レドックスフロー(RF) 電 池 ナトリウムイオン 電 池 フロー 電 池 2014 年 内 に 次 世 代 大 型 蓄 電 池 レドックスフロー(RF) 電 池 の 実 証 設 備 を 米 カリフォルニア 州 に 設 け 海 外 で 受 注 活 動 を 始 める 太 陽 光 発 電 など 再 生 可 能 エネルギーの 導 入 を 進 める 同 州 は 出 力 変 動 調 整 用 として 現 地 電 力 会 社 3 社 に 計 1325メガワットの 電 力 貯 蔵 システムの 採 用 を 要 請 している 同 社 は 同 様 の 動 きが 世 界 に 広 がるとみて まず 同 州 で 実 績 をつくりたい 考 え 蓄 電 設 備 を 使 った 出 力 変 動 調 整 や 発 電 所 むけ ナトリウムイオン 電 池 住 友 電 気 工 業 はナトリウムイオン 電 池 のサンプル 出 荷 を2014 年 に 始 める 148 同 電 池 はリチウムイオン 電 池 に 比 べて 材 料 の 調 達 が 容 易 大 阪 市 内 に 専 用 の 生 産 ラインを 設 け 省 エネ 住 宅 や 電 気 自 動 車 (EV) 向 け の 納 入 を 目 指 す 2016 年 度 にも 量 産 に 乗 り 出 す URL TDK/ 香 港 アンプレックステクノロジー(ATL) 会 社 名 技 術 カテゴリー 経 緯 TDK / 香 港 アンプレックステクノロジー(ATL) リチウムイオン 電 池 TDK 05 年 に 中 国 香 港 のアンペレックス テクノロジー リミテッド(ATL )を 買 収 子 会 社 化 してLIB 事 業 に 参 入 した ATLが 研 究 開 発 と 量 産 を 担 い これまで 携 帯 やパソコン スマホ タブレ 148

137 エネルギー 保 存 システム 137 ターゲットマーケット 用 途 製 品 正 極 材 料 ット 端 末 向 けに 製 品 展 開 している 民 生 機 器 向 けと 並 行 しながらEV 向 けLIBの 製 品 化 に 着 手 していた ATL 1999 年 設 立 の 香 港 のメーカー 米 アップルに 供 給 している 2005 年 に 大 手 電 子 部 品 メーカーTDKが 買 収 2012 年 の 出 荷 量 は 世 界 第 5 位 自 動 車 向 けについては 2011 年 より 生 産 を 開 始 している 車 載 用 大 型 リチウムイオン 電 池 工 場 や 学 校 など 大 規 模 施 設 に 設 置 して 電 気 を 蓄 える 大 型 リチウムイオン 電 池 スマートフォンなど 民 生 機 器 向 け 電 池 の 基 幹 部 分 であるセルを 開 発 複 数 本 を 束 ねた 電 池 ユニットにして 自 動 車 メーカーに 納 入 する 既 に 中 国 の 自 動 車 大 手 である 北 京 汽 車 集 団 (BAIC Motor)の 電 気 自 動 車 (E V)に 採 用 された (13 年 度 の 受 注 量 は1000 台 分 ) EV 向 けは1モジュール14セルで 構 成 1モジュール 当 たりの 電 力 量 は1 3キロワット 時 で サイズは 縦 336ミリ 横 118ミリ 高 さ117ミ リメートル 重 さは12 5キログラム ATL 社 のLiイオン2 次 電 池 が 搭 載 されているのは 北 京 汽 車 が 販 売 中 の 電 気 自 動 車 (EV) E150EV である( 図 2) 容 量 26Ahで 電 圧 3.6Vの 電 池 セルを14 個 用 いて(7 直 列 2 並 列 ) 一 つのモジュ ールとした モジュールの 外 形 寸 法 は336mm 118mm 117mmで 質 量 は12.5kg E150EVで は このモジュールを13 個 搭 載 している ATL 社 が 開 発 した 車 載 用 のLiイオン2 次 電 池 は 正 極 材 料 にCo(コバルト)と Ni(ニッケル)とMn(マンガン)を 混 ぜた 3 元 系 を 用 いている 同 社 の 民 生 機 器 向 けのLiイオン2 次 電 池 ではCo 系 の 正 極 材 料 を 用 いているが 車 載 用 ではコストへの 要 求 が 厳 しいため 材 料 価 格 が 高 いCoをふんだん には 使 えない ( 同 担 当 者 )ため 3 元 系 を 選 択 した ATL 社 では3 元 系 以 外 に リン 酸 鉄 リチウム(LiFePO4)を 正 極 に 用 いた 電 池 も 開 発 しているという 9.9. JM エナジー 株 式 会 社 会 社 名 JMエナジー 株 式 会 社 技 術 カテゴリー リチウムイオンキャパシタの 開 発 製 造 販 売 用 途 風 力 発 電 太 陽 光 発 電 などの 再 生 可 能 エネルギー 関 連 機 器 瞬 時 電 圧 低 下 補 償 装 置 建 設 機 械 などの 各 種 産 業 機 器 医 療 機 器 無 人 搬 送 装 置 設 立 年 度 2007 年 8 月 1 日 資 本 金 3 億 円 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) JSR 株 式 会 社 100% 所 在 地 山 梨 県 北 杜 市 大 泉 町 西 井 出 8565 URL 製 造 能 力 生 産 能 力 は 年 間 300 万 セル 製 品 ULTIMO(アルティモ)の 特 徴 は 下 記 の 通 り 小 型 扁 平 角 缶 型 セル 従 来 品 の 対 比 して 容 積 を2 分 の1 以 下 まで 小 型 化 超 低 抵 抗 充 放 電 時 のエネルギーロスが 圧 倒 的 に 小 さい 高 い 信 頼 性 安 全 性 と 長 期 耐 久 性 を 兼 ね 備 える 100 万 回 以 上 の 充 放 電 が 可 能 急 速 充 放 電 エネルギー 回 生 ピークアシスト 電 力 平 準 化 などの 用 途

138 エネルギー 保 存 システム エリーパワー 株 式 会 社 会 社 名 エリーパワー 株 式 会 社 技 術 カテゴリー 大 型 リチウムイオン 電 池 および 蓄 電 システムの 開 発 製 造 販 売 用 途 新 たな 電 解 液 を 採 用 した 新 型 LiBの 提 案 を 加 速 する 設 立 年 度 2006( 平 成 18) 年 9 月 28 日 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 大 和 ハウス 工 業 系 資 本 金 310 億 1203 万 円 ( 内 資 本 金 155 億 1,951.5 万 円 ) 2013 年 8 月 30 日 現 在 所 在 地 東 京 都 品 川 区 大 崎 新 大 崎 勧 業 ビルディング19 階 URL 従 業 員 数 206 名 (2013 年 9 月 1 日 現 在 ) 製 品 スマートハウスや 事 業 会 社 向 けの 大 容 量 リチウムイオン 電 池 技 術 的 特 徴 セル 公 称 容 量 :50Ah 公 称 電 圧 :3.2V 重 量 :1.5 kg サイズ :W170.5 D43.5 H111.9 mm エネルギー 密 度 :106Wh/kg 使 用 可 能 温 度 :-20~60 ( 動 作 保 証 温 度 :0~45 ) 正 極 材 料 :リン 酸 鉄 リチウム 負 極 材 料 :カーボン 電 解 液 LiB 性 能 を 維 持 したまま 引 火 点 の 引 き 上 げに 成 功 第 4 類 危 険 物 第 3 石 油 類 への 指 定 変 更 で 従 来 に 比 べ2 倍 の 貯 蔵 が 可 能 となった 液 漏 れした 場 合 でも 発 火 の 恐 れがないことから 社 会 インフラ 関 連 施 設 などでの 採 用 を 目 指 す 古 河 電 池 株 式 会 社 会 社 名 古 河 電 池 株 式 会 社 技 術 カテゴリーと 用 途 鉛 蓄 電 池 自 動 車 用 二 輪 車 用 電 動 三 四 輪 車 用 鉄 道 車 両 用 航 空 機 用 船 舶 用 産 業 用 産 業 用 太 陽 光 発 電 システム など アルカリ 蓄 電 池 事 務 機 器 OA 機 器 用 計 測 機 器 用 UPS 用 人 工 衛 星 用 防 災 機 器 用 航 空 機 用 など 設 立 年 度 1950 年 ( 昭 和 25 年 )9 月 1 日 ( 古 河 電 気 工 業 株 式 会 社 の 電 池 部 門 が 独 立 ) 資 本 金 16 億 4,000 万 円 (2012 年 3 月 末 現 在 ) 従 業 員 数 1,793 名 ( 連 結 :2012 年 3 月 末 現 在 ) 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 古 河 電 気 工 業 株 式 会 社 所 在 地 神 奈 川 県 横 浜 市 保 土 ヶ 谷 区 星 川 URL 最 近 の 動 き 2003 年 : 世 界 初 の 宇 宙 用 リチウムイオン 電 池 の 開 発 に 成 功 し 小 惑 星 探 査 機 はやぶさ に 搭 載 2005 年 : 中 国 青 島 亞 通 達 に 鉄 道 車 両 用 アルカリ 蓄 電 池 の 技 術 供 与 2008 年 : 風 力 発 電 併 設 蓄 電 システムの 運 用 開 始 2010 年 : 金 星 探 査 機 あかつき にリチウムイオン 電 池 を 搭 載 宇 宙 用 リチウムイオン 電 池 耐 宇 宙 環 境 用 ハーメチックシール 世 界 最 高 水 準 の 機 械 耐 久 性 ソニー 株 式 会 社 会 社 名 ソニー 株 式 会 社 (ソニーエナジー デバイス 株 式 会 社 ) 技 術 カテゴリー 一 次 電 池 二 次 電 池 等 の 開 発 設 計 製 造 各 種 電 源 バッテリチャージャーの 開 発 設 計 製 造

139 エネルギー 保 存 システム 139 用 途 1992 年 に 世 界 で 初 めてリチウムイオン 電 池 を 実 用 化 し 市 場 投 入 を 行 った ゲ ル 状 ポリマーから 構 成 される 電 解 液 を 用 いたラミネート 型 のリチウムイオンポ リマー 電 池 の 売 り 上 げが 大 きい 2012 年 の 出 荷 量 は 世 界 第 4 位 にまで 落 ち 込 ん だため 事 業 の 見 直 しを 図 り 日 産 NECが 出 資 するオートモーティブエナ ジーサプライ(AESC)との 統 合 交 渉 が 進 められていたが AESCは 自 動 車 用 を 核 と するのに 対 し ソニーは 携 帯 デバイス 用 をメイン 事 業 としているため 交 渉 は 難 航 し 統 合 にはいたっていない 設 立 年 度 1975 年 2 月 沿 革 1975 年 :ソニー( 株 )と 米 国 ユニオンカーバイト 社 との 合 弁 によりソニーエバレディー( 株 ) 設 立 1986 年 : 米 国 ユニオンカーバイト 社 との 合 弁 解 消 により( 株 )ソニー エナジー テック へ 社 名 変 更 2000 年 :ソニー エナジー テックとソニー 本 宮 ( 株 )との 合 弁 によりソニー 福 島 ( 株 ) 設 立 2004 年 :ソニー 福 島 ( 株 )とソニー 栃 木 ( 株 )との 合 弁 によりソニーエナジー デバイス ( 株 ) 設 立 所 在 地 福 島 県 郡 山 市 日 和 田 町 高 倉 字 下 杉 下 1-1 URL 資 本 金 1 億 円 年 商 1,050 億 円 (2012 年 4 月 1 日 ~2013 年 3 月 31 日 ) 従 業 員 数 2,240 名 (2013 年 10 月 ) 最 近 の 動 き ソニーは 電 池 事 業 の 売 却 を 見 送 る これまで 水 面 下 で 政 府 系 ファンドの 産 業 革 新 機 構 から 日 産 自 動 車 とNECの 共 同 電 池 事 業 への 参 加 を 求 められて 話 し 合 いを 続 けてきたが 円 高 修 正 や 新 規 受 注 増 で 事 業 環 境 が 改 善 スマートフォン(スマホ)など 成 長 性 の 高 い 機 器 の 開 発 に 役 立 つ 電 池 は 分 離 せず 中 核 事 業 に 育 成 した 方 が 得 策 と 判 断 今 後 の 動 き 車 載 用 リチウムイオン 二 次 電 池 に 注 力 すでに 複 数 の 自 動 車 メーカーと 製 品 開 発 の 検 討 を 進 めているものとみられる 需 要 が 本 格 化 する2015 年 頃 をめどに 商 用 化 を 目 指 す 業 務 用 ESS 向 けリチウムイオン 二 次 電 池 のラインナップの 拡 充 にも 注 力 技 術 的 特 徴 ノートPC 市 場 向 けに スズ 系 アモルファス 負 極 を 採 用 した3.5Ahの 高 容 量 リチウムイオン 二 次 電 池 Nexelion(ネクセリオン) を 開 発 オリビン 型 リン 酸 鉄 を 用 いたリチウムイオン 二 次 電 池 で1.2kWh 蓄 電 モジ ュールを 開 発 バッテリーリコール 2006 年 ソニーはリチウムイオン 二 次 電 池 セルの 一 部 製 品 に 製 造 上 の 欠 陥 が あることを 認 め 回 収 を 実 施 すると 発 表 これはデル アップル レノボを 始 めとする 多 くのメーカーで 採 用 されてい た 対 象 のバッテリーパックは 約 960 万 個 費 用 は 約 510 億 円 を 見 込 んでいる FDK 株 式 会 社 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 年 度 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 経 緯 FDK 株 式 会 社 マンガン 電 池 アルカリ 電 池 リチウム 電 池 リチウム2 次 電 池 ニッケル 水 素 電 池 など 各 種 電 池 製 品 のほとんどが 乾 電 池 ( 充 電 の 出 来 ない 単 一 や 単 三 の 一 次 電 池 )であり リ モコンや 懐 中 電 灯 や 補 聴 器 等 に 使 われる 充 電 可 能 なニッケル 水 素 電 池 として もと 三 洋 電 機 の エネロープ がある 1950 年 2 月 7 日 富 士 通 の 連 結 子 会 社 である 富 士 通 株 式 会 社 68.47% 富 士 電 機 株 式 会 社 1.39% 主 要 子 会 社 FDKトワイセル 株 式 会 社 100% FDKエナジー 株 式 会 社 88% FDKは 旧 社 名 である 富 士 電 気 化 学 (Fuji Denki Kagaku)に 由 来 する

140 エネルギー 保 存 システム 140 かつてはFUJI NOVELブランドで 製 品 を 展 開 していたが 現 在 はFDK 富 士 通 ブランドで 製 造 販 売 を 行 っている パナソニックによる 三 洋 電 機 子 会 社 化 の 影 響 により 下 記 の2 社 の 株 式 を 譲 り 受 けた 三 洋 エナジートワイセル( 三 洋 電 機 の 自 動 車 用 途 以 外 のニッケル 水 素 電 池 事 業 を 継 承 ニッケル 水 素 電 池 以 外 の 事 業 を 分 割 ) 三 洋 エナジー 鳥 取 ( 三 洋 電 機 の 円 筒 形 リチウム 一 次 電 池 とコイン 型 二 次 電 池 を 継 承 )の 譲 受 日 に 社 名 をそれぞれFDKトワイセル 株 式 会 社 FDK 鳥 取 株 式 会 社 に 変 更 なお FDKエナジーの 一 部 設 備 とFDKトワイセルの 設 備 は 元 々は 東 芝 電 池 の 設 備 である 149 所 在 地 東 京 都 港 区 新 橋 従 業 員 数 連 結 :5,168 人 URL 資 本 金 283 億 01 百 万 円 年 商 連 結 :735 億 47 百 万 円 (2013 年 ) 製 品 アルカリマンガン 乾 電 池 ニッケル 水 素 電 池 日 本 ケミコン 会 社 名 日 本 ケミコン 技 術 カテゴリー アルミ 電 解 コンデンサ 及 び 各 種 コンデンサの 製 造 販 売 用 途 車 載 ほか 設 立 年 度 1931 年 ( 昭 和 6 年 ) 主 な 顧 客 日 本 ケミコンの 車 載 向 け 電 気 2 重 層 キャパシタ DLCAP ホンダの フィット のアイドリング ストップ 車 マツダの アテンザ CX-5 アクセラ の 一 部 に 採 用 所 在 地 東 京 都 品 川 区 大 崎 五 丁 目 6 番 4 号 URL 売 上 高 929 億 円 (2012 年 度 グループ 全 体 ) 資 本 金 178 億 8,445 万 円 従 業 員 数 6,854 名 (2013 年 3 月 31 日 現 在 グループ 全 体 ) 年 商 下 記 の 決 算 説 明 会 資 料 によると 電 気 2 重 層 キャパシタの 売 上 が 急 増 している 年 : 348 M 円 2012 年 : 1,312 M 円 2013 年 : 4,000M 円 ( 予 想 ) 製 品 フィット 向 けの 電 気 2 重 層 キャパシタ 1500~1600Fの 円 筒 型 セル6 本 を 直 列 に 接 続 電 圧 は15V マツダ 向 けの 電 気 2 重 層 キャパシタ 1200Fの 円 筒 型 セル10 本 を 直 列 に 接 続 電 圧 は25V そのため モジュールで 蓄 電 可 能 な 容 量 は マツダの 方 が 大 きい 技 術 的 特 徴 独 自 の 電 極 工 法 により 低 抵 抗 高 エネルギー 密 度 化 を 実 現 バッテリーに 優 る 充 放 電 特 性 優 れた 環 境 融 合 性 電 力 貯 蔵 バッテリーアシスト 短 時 間 バックアップ 等 に 最 適 車 載 用 途 ( 回 生 エネルギー アイドリングストップ)にも 最 適

141 エネルギー 保 存 システム 伊 藤 忠 商 事 会 社 名 技 術 カテゴリー 最 近 の 動 き 伊 藤 忠 商 事 炭 酸 リチウムの 製 造 販 売 2013/10/11 20:08 伊 藤 忠 商 事 は11 日 リチウムイオン 電 池 の 主 要 材 料 とな る 炭 酸 リチウムを 従 来 製 法 より2~5 割 安 く 生 産 することに 成 功 したと 発 表 した 152 出 資 先 の 米 シンボル 社 が 持 つ 効 率 的 な 精 製 技 術 を 活 用 する 数 十 億 円 を 投 じ 米 カリフォルニア 州 に 年 産 能 力 1 万 5 千 トンの 専 用 プラント を 建 設 2015 年 度 に 量 産 を 始 める シンボル 社 が 建 設 する 新 プラントの 生 産 能 力 は 炭 酸 リチウムの 世 界 需 要 の 6%に 相 当 する 規 模 炭 酸 リチウムの 生 産 は 約 7 割 が 南 米 に 集 中 しており 米 国 での 拠 点 確 保 は 日 本 勢 にとって 調 達 先 の 多 様 化 につながる 同 州 ソルトンシーの 地 中 から 取 り 出 した 地 熱 発 電 用 の 熱 水 や 蒸 気 には 塩 化 リ チウムが 豊 富 に 溶 け 込 んでいる シンボルは 蒸 気 が 冷 えた 熱 水 を 専 用 プラントの 特 殊 な 吸 着 材 に 流 し 込 み 塩 化 リチウムだけを 取 り 出 し 炭 酸 リチウムに 精 製 する 通 常 炭 酸 リチウムは 塩 などから 取 り 出 し1 年 半 ~2 年 ほどかけて 生 産 す るが シンボル 社 の 製 法 であれば 十 数 時 間 で 精 製 でき 大 幅 なコスト 減 につな がるという 量 産 開 始 後 伊 藤 忠 は 戸 田 工 業 や 日 亜 化 学 工 業 などリチウムイオン 電 池 の 正 極 材 メーカーに 売 り 込 む 宇 部 興 産 会 社 名 宇 部 興 産 技 術 カテゴリー 電 解 液 素 材 を 増 産 最 近 の 動 き 宇 部 興 産 電 池 素 材 の 生 産 能 力 4 倍 に 153 宇 部 興 産 はリチウムイオン 電 池 の 主 力 部 材 である 電 解 液 素 材 を 増 産 する 電 解 液 は 同 社 が2 割 超 の 世 界 シェアを 握 っている 2015 年 4 月 をメドにタイに 新 工 場 を 稼 働 させ 生 産 能 力 を4 倍 にする 現 在 は 山 口 県 宇 部 市 の 工 場 で 年 1 万 トンの 生 産 体 制 だが タイでの 生 産 開 始 で 同 4 万 トンに 増 える 計 画 投 資 額 は 約 20 億 円 宇 部 興 産 は 高 機 能 素 材 を 成 長 戦 略 の 柱 に 位 置 づけており 電 解 液 でシェア 拡 大 を 狙 う 住 友 金 属 鉱 山 会 社 名 住 友 金 属 鉱 山 技 術 カテゴリー リチウムイオン 電 池 正 極 材 の 生 産 能 力 3 倍 弱 に 最 近 の 動 き 2013/9/26 19:40 住 友 金 属 鉱 山 は26 日 リチウムイオン 電 池 の 正 極 材 の 生 産 能 力 を 現 状 の3 倍 弱 に 引 き 上 げると 発 表 した 約 48 億 円 を 投 じて 磯 浦 工 場 ( 愛 媛 県 新 居 浜 市 )に 新 たな 生 産 設 備 を 導 入 する 同 社 の 正 極 材 は 電 気 自 動 車 (EV)ベンチャーの 米 テスラ モーターズ(カ リフォルニア 州 )の 電 池 に 採 用 されている 今 後 同 社 のEV 販 売 が 拡 大 するとみて 需 要 増 に 対 応 する 増 産 するのは 正 極 材 に 用 いる ニッケル 酸 リチウム

142 エネルギー 保 存 システム 142 住 友 鉱 山 が 製 錬 から 手 がけるニッケルにコバルトやアルミなどを 混 合 して 生 産 する 2014 年 6 月 までに 新 設 備 を 導 入 し 現 状 では 月 300トンの 生 産 能 力 を 月 850ト ンにまで 引 き 上 げる 計 画 だ 住 友 鉱 山 の 正 極 材 はパナソニックのリチウムイオン 電 池 向 けが 主 体 パソコ ン 用 などの 用 途 が 中 心 だったが パナソニックの 電 池 を 採 用 したテスラ 製 E Vの 量 産 化 が 始 まったことで 今 後 の 需 要 拡 大 が 見 込 めるとして 生 産 能 力 を 引 き 上 げる 韓 国 のメーカー 韓 国 LG Chem 社 (LG 化 学 ) 会 社 名 韓 国 LG Chem 社 (LG 化 学 ) 技 術 カテゴリー リチウムイオン 電 池 リチウムイオン 電 池 の 世 界 シェアは3 位 とされる 沿 革 1997 年 にリチウムイオン 電 池 の 研 究 開 発 に 着 手 し 1997 年 に 生 産 を 開 始 世 界 出 荷 シェアが 2008 年 の8%から 飛 躍 的 に 拡 大 し 2012 年 は17%と 世 界 第 3 位 に 曲 がるバッテリーなど 多 種 多 様 なモバイル 機 器 に 柔 軟 に 対 応 できる 製 品 を 開 発 している 2013 年 には2200 億 ウォンの 設 備 投 資 を 計 画 しているが 自 動 車 用 については 前 年 の 半 分 以 下 に 抑 制 2013 年 には ソフトバンクモバイルとリチウムイオン 電 池 モジュールの 供 給 契 約 を 締 結 し 韓 国 企 業 として 初 めて 日 本 の 通 信 事 業 者 と 大 規 模 供 給 契 約 を 獲 得 した 2013 年 の 納 入 額 は 約 8 億 7000 万 円 設 立 年 度 1947 年 主 な 顧 客 米 General Motors 社 のプラグインハイブリッド 車 Volt 韓 国 Hyundai Motor 社 のHEVにLiイオン 電 池 の 供 給 ソフトバンクモバイル 所 在 地 韓 国 ソウル 市 URL 年 商 売 上 高 が14 兆 4878 億 ウォン(2008 年 ) 米 国 での 生 産 の 遅 延 と 補 米 政 府 から151 百 万 ドルの 補 助 金 を 受 け 2010 年 7 月 の 起 工 式 にはオバマ 米 大 助 金 の 返 還 統 領 が 出 席 した LG 化 学 子 会 社 Compact Powerのミシガン 州 Hollandのリチ ウムイオン 電 池 工 場 は 当 初 2012 年 に 稼 動 し 2013 年 末 までに"Chevy Volt"ベースで6 万 台 分 を 生 産 する 予 定 であった しかし 電 気 自 動 車 が 不 振 で GMは2012 年 に Volt を5 万 台 売 るという 目 標 を 設 定 したが 2012 年 10 月 までの 販 売 台 数 は2 万 台 弱 に 止 まっていた このため LGは 工 場 完 成 後 も 生 産 開 始 を 行 わず 韓 国 からのリチウムイオ ン 電 池 輸 出 を 続 けた 2013 年 2 月 にエネルギー 省 のInspector General ( 監 察 官 )はLG Chem とエ ネルギー 省 職 員 を 非 難 する 報 告 書 を 発 表 した これを 受 け エネルギー 省 はLGに 対 し 補 助 金 のうち 842 千 ドルの 返 還 を 命 じた LGは2013 年 11 月 5 日 米 政 府 に1,231 千 ドルを 支 払 うことで 司 法 省 と 合 意 した 電 池 への 投 資 額 LG 化 学 全 体 では 13 年 は2200 億 ウォンの 設 備 投 資 を 計 画 している うち ポリマー 型 LiBの 拡 大 投 資 に700 億 ウォンを 投 じる 車 載 用 LiBの 拡 大 を 積 極 的 に 進 めてきた 同 社 であるが 環 境 対 応 車 の 普 及 が 遅 れている 市 況 などを 勘 案 前 年 に 比 べ 半 分 以 下 に 抑 制 する

143 エネルギー 保 存 システム 韓 国 Samsung SDI 社 会 社 名 概 要 最 近 の 動 向 設 立 年 度 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 所 在 地 URL 年 商 Robert Boschとの 提 携 解 消 投 資 の 拡 大 伊 藤 忠 商 事 が 日 本 で 販 売 韓 国 Samsung SDI 社 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 韓 国 Samsung SDI 社 太 陽 電 池 燃 料 電 池 電 気 自 動 車 等 輸 送 用 バッテリー 電 力 貯 蔵 用 大 容 量 スト レージなどを 製 造 販 売 する 2000 年 よりリチウムイオン 電 池 の 開 発 に 着 手 その 後 急 速 にビジネスを 拡 大 2012 年 の 世 界 出 荷 シェアでパナソニックを 上 回 り 初 めて 年 間 首 位 となる 自 動 車 用 二 次 市 場 にも 進 出 を 図 り 2008 年 に 独 電 装 部 品 大 手 のボッシュと 自 動 車 用 リチウムイオン 電 池 に 関 する 合 弁 会 社 SB LiMotiveを 設 立 したが 2012 年 に 合 弁 を 解 消 解 消 後 自 動 車 用 リチウムイオン 電 池 のシステム 開 発 事 業 はボッシュに 帰 属 し その 後 ボッシュは2013 年 にGSユアサ 三 菱 商 事 との 提 携 を 発 表 した 今 後 も 自 社 やアップル 社 向 け 製 品 へのラミネート 型 電 池 の 需 要 が 大 きく 拡 大 すると 予 想 される 1970 年 韓 国 の 大 手 電 機 メーカーで サムスングループに 属 する 韓 国 水 原 市 年 の 通 期 決 算 では 売 上 高 が5 兆 3028 億 ウォン 営 業 利 益 は1330 億 ウォン 純 利 益 は389 億 ウォンである 2009 年 現 在 サムスンSDIは 世 界 最 大 の 有 機 EL 製 造 企 業 である 2008 年 7 月 の 発 表 によると5 年 後 には 売 上 高 1 兆 円 を 目 指 すと 発 表 した 2020 年 までに 約 4400 億 円 をLiイオン2 次 電 池 事 業 に 投 資 する 計 画 電 装 部 品 大 手 のRobert Bosch(ボッシュ)は2012 年 9 月 5 日 ( 欧 州 時 間 ) Samsung SDI(サムスンSDI)との 車 載 リチウムイオン 電 池 に 関 する 合 弁 を 解 消 すると 発 表 した 今 後 ボッシュは 車 載 リチウムイオン 電 池 セルの 研 究 開 発 や 製 造 を ドイツや 欧 州 域 内 で 行 う 方 針 である 同 社 は 2008 年 9 月 に 両 社 が50%ずつ 出 資 して 設 立 したSB LiMotiveの 株 式 を サムスンSDIに 全 て 売 却 する BMWやクライスラーなど SB LiMotiveがこれ までに 受 注 した 案 件 については 両 社 が 責 任 を 持 って 製 品 を 供 給 する SB LiMotiveが 保 有 する 特 許 についても 両 社 が 利 用 できるように 取 り 決 めた 電 池 管 理 技 術 を 中 核 とする 車 載 リチウムイオン 電 池 のシステム 開 発 事 業 は ボッシュに 帰 属 することになる シ ス テ ム 開 発 を 担 当 し て い た ド イ ツ の シ ュ ツ ッ ト ガ ル ト に あ る SB LiMotiveの 子 会 社 と 米 国 の 子 会 社 Cobasysはボッシュが 経 営 を 引 き 継 ぐ サムソンSDIはリチウムイオン 電 池 に 関 する 設 備 投 資 を 積 極 的 に 行 っており 2013 年 は 前 年 比 1.5 倍 の 約 7150 億 ウォンを 計 画 している うち9 割 以 上 がLiB 関 連 投 資 と 推 測 される 2012 年 から 同 事 業 用 に 稼 動 しているマレーシア 工 場 をメインに 今 後 増 強 を 図 っており 2014 年 には 同 工 場 の 生 産 量 が 年 間 4 億 個 ( 全 体 の1/3 以 上 )に 達 す る 見 込 み 同 拠 点 は 元 々ブラウン 管 工 場 であったものをLiB 工 場 に 転 換 し 12 年 5 月 か ら 稼 働 を 開 始 伊 藤 忠 商 事 は 今 月 末 までに 低 価 格 の 定 置 用 リチウムイオン 蓄 電 システムを 発 売 する 韓 国 サムスンSDI 社 から 電 池 を 調 達 することで 国 内 メーカーに 比 べてシ ステム 価 格 を 半 額 以 下 に 抑 えた 小 売 店 やオフィスなどに 売 り 込 む 非 常 用 電 源 のほか 割 安 な 夜 間 電 力 を 蓄 えて 昼 間 に 使 うことで 電 力 コストを 抑 制 できる 2014 年 度 に200 台 の 販 売 を 見 込 む 販 売 するシステムの 蓄 電 容 量 は16.8キロ ワット 時 で 500 万 円 を 切 る 価 格 SBリモーティブ(SB LiMotive) リチウムイオン 電 池 車 載 用

144 エネルギー 保 存 システム 144 設 立 年 度 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 2008 年 9 月 に 両 社 が50%ずつ 出 資 して 設 立 2012 年 9 月 に 合 弁 を 解 消 韓 国 のサムスンSDIとドイツのボッシュ 社 の 合 弁 会 社 したが 2012 年 9 月 に 合 弁 を 解 消 現 在 はサムスンSDIの100% 子 会 社 中 国 のメーカー BYD 社 ( 比 亜 迪 ) 会 社 名 中 国 BYD 社 ( 比 亜 迪 ) 比 亜 迪 技 術 カテゴリー グループ 企 業 各 社 を 通 じて IT 部 品 ( 二 次 電 池 携 帯 電 話 部 品 組 立 )と 自 動 車 の2 大 事 業 を 展 開 用 途 リチウムイオン 電 池 の 製 造 で 世 界 第 3 位 携 帯 電 話 用 では 世 界 第 1 位 のメーカー さらに 電 池 事 業 のノウハウを 生 かして 自 動 車 事 業 に 参 入 し 2008 年 12 月 には 世 界 初 の 量 産 型 プラグインハイブリッドカーを 発 売 2009 年 2 月 の 中 華 人 民 共 和 国 内 の 自 動 車 販 売 台 数 トップは 同 社 産 のF3であった 設 立 年 度 1995 年 資 本 金 22 億 7,510 万 元 投 資 家 世 界 最 大 の 投 資 持 株 会 社 であるバークシャー ハサウェイの 会 長 兼 CEOのウォー レン バフェットが MidAmerican Energy 社 を 通 じて 出 資 している 所 在 地 中 国 広 東 省 深 圳 市 URL 年 商 連 結 :212 億 1,121 万 元 (2007 年 ) 製 品 脚 注 のホームページにある 様 に 非 常 に 多 種 類 のバッテリーセルを 製 造 販 売 している 中 国 天 津 力 神 電 池 Tianjin Lishen 社 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 年 度 親 会 社 ( 合 弁 の 場 合 ) 主 な 顧 客 所 在 地 中 国 天 津 力 神 電 池 Tianjin Lishen 社 中 国 の2 次 電 池 分 野 第 2 位 のメーカー 車 載 用 とESS 1997 年 12 月 25 日 中 国 海 洋 石 油 総 公 司 ( 中 国 国 有 の 石 油 天 然 ガス 企 業 グループ) 天 津 電 源 研 究 院 中 国 国 家 投 資 ハイテク 携 帯 :LG サムスン モトローラ 中 国 大 手 に 携 帯 音 楽 プレーヤー:Apple 電 動 工 具 :TTI POSITEC MOTOCADDY 車 載 やESS:CODA( 米 国 で 商 業 化 ) 中 国 天 津 米 国 Johnson Controls 社 会 社 名 156 米 国 Johnson Controls 社 設 立 ジョンソンコントロールズ (NYSE: JCI) はアメリカ 合 衆 国 の 会 社 であり 所 在 地 はウィスコンシン 州 ミルウォーキーである

145 エネルギー 保 存 システム 年 に 電 気 式 サーモスタットを 発 明 した 教 授 であるウォーレン S ジョンソ ンが 創 業 した 自 動 車 用 バッテリーへの 1978 年 にはウィスコンシン 州 の 自 動 車 バッテリメーカーであるGlobe-Unionを 吸 進 出 収 する 現 在 ではジョンソンコントロールズは 北 米 で 最 も 大 きいプライベート ブランドの 自 動 車 用 バッテリーメーカーとなっており 南 アメリカとアジアへ エリアを 広 げつつある また 通 信 用 の 緊 急 用 バッテリーの 製 造 を 行 っている 鉛 電 池 のブランド 自 動 車 の 始 動 用 の 鉛 電 池 で 下 記 の2つのブランドを 世 界 で 展 開 OPTIMA VARTA 売 上 US$ 42.7 billion (2013) 所 在 地 本 社 は 米 国 のミルウォーキー 支 社 は 世 界 各 国 URL Viridity Energy 社 会 社 名 米 国 Viridity Energy 社 本 社 ペンシルベニア 州 URL 設 立 世 界 最 大 の 米 電 力 卸 取 引 所 PJM の 幹 部 らが2008 年 に 創 業 強 み 同 社 は 企 業 の 節 電 分 を 電 力 会 社 が 買 い 取 る 仕 組 みなど 電 力 業 界 に 精 通 した 強 み を 生 かした 制 御 ソフトを 開 発 同 社 のソフトでは 刻 々と 変 わる 電 力 需 要 天 候 などの 膨 大 な 予 測 データを 分 析 その 結 果 をもとに 大 口 需 要 家 が 持 つ 太 陽 光 パネルなどの 発 電 システムや 蓄 電 池 の 利 用 率 電 力 卸 売 市 場 などへの 売 電 の 最 適 な 組 み 合 わせを 瞬 時 に 割 り 出 す 同 時 に 空 調 設 備 などを 遠 隔 操 作 して 電 力 消 費 も 減 らす 企 業 に 電 力 利 用 の 組 み 合 わせを 数 分 単 位 で 提 案 できるのが 強 み 三 井 物 産 が 出 資 2012 年 8 月 に 約 15% 出 資 する 出 資 額 は1500 万 ドル A123 System 社 157, 158 会 社 名 米 国 A123 Systems 社 技 術 カテゴリー オリビン 型 リン 酸 鉄 リチウム 用 途 自 動 車 用 定 置 用 設 立 2001 年 ベンチャー 企 業 としてマサチューセッツ 州 ウォルサム 市 にて 創 業 マサチューセッツ 工 科 大 学 で 開 発 が 進 められていたオリビン 型 リン 酸 鉄 リチウ ムを 利 用 した 電 気 自 動 車 搭 載 用 電 池 の 商 品 化 を 進 めた 電 気 自 動 車 用 のリチウムイオン 電 池 の 開 発 普 及 は 2008 年 に 就 任 したオバマ 大 統 領 が 推 進 するグリーン ニューディール 政 策 に 沿 うものであり アメリカ エネルギー 省 から2 億 4900 万 ドルの 助 成 金 を 獲 得 ミシガン 州 に 有 する 工 場 のほか 中 国 にも 工 場 を 進 出 させて 注 目 を 浴 びた システムズ 158

146 エネルギー 保 存 システム 146 経 営 の 悪 化 自 動 車 メーカー 各 社 と 契 約 を 結 び 製 品 を 納 入 を 開 始 順 風 満 帆 に 見 えた2011 年 A123システムズ 社 製 の 電 池 を 搭 載 した 高 級 ハイブリッド 車 フィスカー カルマ が 炎 上 事 故 を 起 こす 原 因 はリチウムイオン 電 池 にあるとされ 自 動 車 はリ コール A123システムズには5,500 万 ドルもの 費 用 が 発 生 する とともに 製 品 の 評 価 は 下 落 商 談 が 破 談 になるなど 致 命 的 な 打 撃 を 受 けた これが 遠 因 となり 2012 年 に 連 邦 倒 産 法 11 章 の 申 請 を 行 うに 至 っている 買 収 先 その 後 図 9-6 A123 のリチウ ムイオン 二 次 電 池 が 搭 載 された Fiskar の 電 気 自 動 車 ( 出 典 : WikiPedia) 破 産 申 請 当 初 大 手 自 動 車 部 品 メーカーであるジョンソンコントロールズ 社 が1 億 2,500 万 ドルで 買 収 することが 伝 えられていたが その 後 万 向 集 団 (アメリ カで 自 動 車 部 品 メーカーの 買 収 して 成 長 した 中 国 系 企 業 )が 2 億 5,600 万 ドル を 提 示 して 買 収 交 渉 をひっくり 返 した[2] 定 置 向 けとして 出 荷 を 継 続 している AES CorporationがA123のバッテリ をト ランク 型 のユニットに 組 み 込 み チリや 米 国 の 送 電 網 等 に 設 置 図 9-7 A123 の 定 置 向 けリ チウムイオン 二 次 電 池 コン テナー( 出 典 : 同 社 ホーム ページ)

147 エネルギー 保 存 システム 添 付 資 料 -B : 米 国 に 於 けるバッテリー 関 連 ベンチャ ー 企 業 Ambri: ( 旧 社 名 :Liquid Metal Battery) 会 社 名 Ambri: ( 旧 社 名 :Liquid Metal Battery) 技 術 カテゴリー Liquid Metal Battery( 液 体 金 属 バッテリー) 用 途 定 置 型 ( 送 配 電 網 むけ) 設 立 2010 年 従 業 員 40+ 名 所 在 地 19 Blackstone Street, Cambridge, MA URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 Series A : Bill Gates トタール 社 (フランスのエネルギー 会 社 ) Series B : VCより$15 million(khosla VenturesがリードでAの 出 資 者 も 追 加 出 資 )May 2012 どこのスピンアウトか MITの 教 授 のDon Sadoway 製 品 1つのセルが14kWhで これを 集 積 したコアが 200kWh コアを 集 積 した 物 を, PODと 呼 び400kWh PODを5 台 集 めたシステムが2MWhとなる 更 に 大 容 量 にする 為 には このシステムを 何 台 か 並 べる 溶 融 塩 を 用 い 2 層 の 金 属 でサンドイッチにした 定 置 型 蓄 電 システム まだ 研 究 開 発 段 階 で 量 産 設 置 は 数 年 先 になる 見 込 技 術 的 特 徴 本 システムの 一 番 の 特 徴 は 電 極 も 電 解 質 もすべて 液 体 金 属 である 事 161 それぞれのセルの 中 の 金 属 は 高 温 (700C)になるに 従 って 溶 け 出 し その 重 さによって3 層 を 形 成 する 上 層 よりマグネシウム 溶 融 塩 アンチモン ( マグネシウムを 使 う 事 により アンチモンが 非 金 属 のように 振 る 舞 う) 図 10-1 Ambri 社 の 液 体 金 属 電 池 の 構 造 電 極 材 料 としてマグネシウム (magnesium Mg) とアンチモン ( 出 典 : 同 社 ホームページ) (antimony Sb)を 選 んだ その 後 より 高 電 位 とコスト 低 減 を 計 る 為 に 改 良 を 図 っている 下 図 に 示 すように 放 電 時 には 片 方 の 電 極 であったMgが 電 荷 を 放 出 して 反 対 方 向 の 電 極 でMg-Sbを 生 成 し 外 部 に 電 源 を 供 給 する 完 全 に 放 電 された 時 点 では Mg 電 極 は 無 く な り 対 極 で Mg-Sb 合 金 となる 充 電 時 に は Mg-Sb 合 金 が 外 部 の 電 荷 を 得 る 事 によって Mgを 離 し 対 極 にMgの 電 極 を 再 生 する Mg- Sb 合 金 はMgを 失 う 事 によりMgに 戻 る 図 10-2 Ambri 社 で 用 いられる 電 極 材 料 の 構 造 の 変 化 特 徴 は 構 成 がシン ( 出 典 : 同 社 ホームページ) プルであり 廉 価 な 材 料 のみを 用 いる NaS バッテリーより も 低 価 格 になると 思 われる 高 温 (700 度 )にしなければいけないが 熱 暴 走 や 発 火 の 危 険 性 は 少 ない

148 エネルギー 保 存 システム Aquion Energy 会 社 名 Aquion Energy 162,163,164 技 術 カテゴリー 塩 水 バッテリー( 水 溶 性 ハイブリッドイオン) 用 途 グリッド 向 け 設 立 2007 所 在 地 Pittsburgh, Pennsylvania URL 出 資 2011 年 に$20M (Kleiner Perkins Caufield & Byers and Foundation Capital.) 2013 年 に$35M (Bill Gates, as well Bright Capital, Gentry Venture Partners, and existing investors Kleiner Perkins and Foundation Capital) 2014 年 1 月 に 追 加 で$20M 合 計 $85M 補 助 金 DOE:$5M どこのスピンアウトか Carnegie Mellon University 技 術 的 特 徴 水 溶 性 ハイブリッドイオンAqueous Hybrid Ion (AHI) と 呼 んでいる 技 術 165 ありふれた 材 料 のみを 用 いることで 低 コスト 化 ($300/kWh)を 達 成 電 解 質 は 硫 酸 ナトリウムを 含 む 水 溶 液 電 解 質 カソードは マンガン 酸 化 物 アノードは 炭 素 の 複 合 材 料 セパレーターは セルロース の 不 織 合 成 素 材 350,000 square foot の 製 造 工 場 がペンシルベニア 州 に 立 ち 上 がる 予 定 製 品 図 10-3 水 溶 性 ハイブリッドイオン 方 式 の 定 置 用 のバッテリーセル ( 出 典 : 同 社 ホームページ) まだ 量 産 はスタートしていないが 2014 年 からスタートする 模 様 である 会 社 のウエブサイトによると 下 図 の 製 品 構 成 となり 見 込 である utm_content=google%20reader

149 エネルギー 保 存 システム 149 図 10-4 左 より 基 本 セル スタック(1.5kWh, 100kg) モジュール (18kWh, 1250kg) バルクシステム( 出 典 : 同 社 ホームページ) Amprius 会 社 名 Amprius 166,167,168,169 技 術 カテゴリー リチウムイオン 電 池 向 けのアノード (シリコンナノワイヤー(チューブ)をさらにシリコンオキサイドでコーティン グして 作 成 したアノード) 用 途 各 種 のリチウムイオン 電 池 設 立 May 2008 従 業 員 不 明 所 在 地 225 Humboldt Ct. Sunnyvale, CA URL 出 資 Trident Capital, VantagePoint Venture Partners, IPV Capital, Kleiner Perkins Caufield & Byers, and Dr. Eric Schmidt 補 助 金 National Institute of Standards and Technology の Technology Innovation Program(TIP)より$3Mの 補 助 金 を 受 けた どこのスピンアウトか Ampriusのコア 技 術 を 開 発 したFounderのYi Cuiは スタンフォード 大 学 の materials science and engineeringの 元 教 授 製 品 技 術 的 特 徴 リチウムイオン 二 次 電 池 は 負 極 (アノード)としてグラファイト(C 6 Li 1 )を 使 う 事 が 多 いが 当 社 はシリコン(Si 5 Li 22 )のナノワイヤーを 用 い 負 極 の 容 積 と 重 量 を 大 きく 削 減 し 同 時 に 負 極 の 表 面 積 が 拡 大 する 事 によりバッテリ ーの 容 量 を 大 きくする 技 術 を 開 発 中 ナノワイヤーを 構 成 する 際 に シリコンを 更 にコーティングして 壊 れにくく している 毛 が 根 元 でしっかり 繋 がってはいるが 自 由 に 動 く 事 が 出 来 る 数 社 へのOEM 供 給 が 決 まっている 模 様 最 初 の 世 代 の 負 極 で 580~600Wh/Lを 達 成 第 2 世 代 で650~700Wh/Lを 目 標 に 技 術 を 改 良 中 ( 通 常 のLiBは400Wh/L 程 度 ) 寿 命 的 には 500 回 の 充 放 電 を 繰 り 返 した 後 で80%の 効 率 を 達 成 しなければい けない

150 エネルギー 保 存 システム 150 工 場 を 中 国 に 建 設 予 定 図 10-5 Amprius 社 のバッテリーセルの 構 造 ( 出 典 : 同 社 ホームペ ージ) ActaCell 170,171,172 会 社 名 ActaCell: (2012 年 9 月 にContour Energy Systemの1 部 門 になった),173 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 従 業 員 所 在 地 URL 出 資 補 助 金 どこのスピンアウトか 低 価 格 高 性 能 なリチウムイオン 電 池 車 載 他 2007 年 不 明 Austin, Texas 年 に$5.8Mの 資 金 調 達 を 下 記 から Google.org, DFJ Mercury, Applied Ventures (Applied Materials) Google.org 2010 年 に$3M の 補 助 金 をNational Institute of Standards and Technology (NIST). テキサス 大 学 オ スチン 校 の 教 授 だったArumugam Manthiramが 開 発 した 技 術 をラ イセンスして 創 業

151 エネルギー 保 存 システム 151 製 品 技 術 的 特 徴 負 極 (アノード)は 高 エネルギーのナノ 合 金 ( 詳 細 は 不 明 ) 正 極 (カソード)はマンガン 酸 リチウム(ス ピネル 構 造 )を 何 層 にも 重 ねてコーティング するとのこと 詳 細 は 不 明 だが テキサス 大 学 からライセン スされた マンガン 酸 リチウム(スピネル 構 造 )の 有 効 な 特 許 を 保 持 しているとの 事 な お 日 産 リーフ(バッテリーの 製 造 はAESC)も スピネル 構 造 のマンガン 酸 リチウムカソード 素 材 を 用 いている 電 気 自 動 車 用 途 のバッテリーセルとモジュー ルの 開 発 と 行 っているとの 事 写 真 はActaCellの3.7V 8Ah Power Cell 図 10-6 ActaCell 社 のバッ テリーセル( 出 典 : 同 社 ホー ムページ) Atieva 会 社 名 Atieva: 174,175 技 術 カテゴリー 自 動 車 用 のバッテリーシステム(バッテリー 機 構 管 理 ソフトウエア 他 ) 用 途 自 動 車 (バス トラック 含 む)むけのバッテリーシステム 全 般 設 立 2007 従 業 員 不 明 所 在 地 1100 Island Drive, Suite 103, Redwood City, CA, 94065, USA URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 Beijing s China Environment Fund III, Venrock, Mitsui & Co, and JAFCO Asia. どこのスピンアウトか 元 Tesla Motors 副 社 長 のBernard Tseが 創 設 製 品 技 術 的 特 徴 自 社 ではセルを 作 らず 外 部 から 調 達 する 自 動 車 メーカーからの 仕 様 にあわせて カス タムのバッテリーモジュールを 開 発 量 産 す る 自 社 開 発 のソフトウエアに 特 徴 がある 模 様 中 国 のバスメーカー 向 けのバッテリーシステ ムが 市 場 に 出 ている 模 様 車 載 用 のバッテリーシステムに 特 化 したビジ ネスモデル 図 10-7 Atieva 社 の 自 動 車 用 バッテリー( 出 典 : 同 社 ホ ームページ) Alveo Energy 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 従 業 員 Alveo Energy power grid 他 2012 年 不 明 com%2farticle%3fpid%3d32%26an%3ddjfvw e71k000dx 175

152 エネルギー 保 存 システム 152 所 在 地 URL 出 資 補 助 金 どこのスピンアウトか 製 品 の 技 術 的 特 徴 当 初 はLawrence Berkeley National Laboratoryの 施 設 を 用 いていたが 今 は south Palo Altoに 自 前 の 実 験 施 設 を 持 っている Khosla Ventures The Molecular Foundry $4 million grant from ARPA-E. Stanford PhD 学 生 だったColin Wessellsと Stanfordの 教 授 のRobert Huggins が 起 業 水 とプルシアンブルー 染 料 と 鉄 と 銅 を 用 いるバッテリーを 開 発 中 非 常 に 低 価 格 で 長 寿 命 陰 極 (negative electrode )には 多 孔 質 の 炭 素 素 材 にpolypyrroleと 呼 ばれる 素 材 を 混 ぜ ハイブリッ ド 構 造 とした 陽 極 (positive electrode) には プルシアンブルー 染 料 を 中 心 とし た 素 材 をもちいる これらにより 92%と 非 常 に 高 い 放 電 効 率 を 実 現 1,000 回 の 充 放 電 を 繰 り 返 してもエ ネルギーロスが 起 きない プルシアンブルー 染 料 の 組 成 を 工 図 10-8 Alveo Energy 社 のポーチ 型 バッテリーセル( 出 典 : 同 社 ホームペ ージ) 夫 してテストを 繰 り 返 す 事 により 40,000 回 の 充 放 電 に 耐 えられる 事 を 確 認 した(なお 通 常 のラップトップバッテリーは 500 回 程 度 の 充 放 電 で 性 能 が 大 幅 に 劣 化 する) Imergy Power Systems, Inc. ( 旧 社 名 :Deeya Energy) 会 社 名 Imergy Power Systems, Inc. ( 旧 社 名 :Deeya Energy) 176 技 術 カテゴリー レドックス フロー 電 池 (Fe/Cr) 用 途 定 置 型 設 立 2004 年 従 業 員 不 明 所 在 地 カリフォルニア 州 Fremontに 本 社 インドの Gurgaon に 拠 点 URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 Technology Partners BlueRun Ventures Draper Fisher Jurvetson New Enterprise Associatesなど 有 数 の 投 資 機 関 から 総 額 5300 万 ドルの 資 金 を 調 達 どこのスピンアウトか レドックスフロー 電 池 の 発 案 者 として 知 られ る 元 NASAの Lawrence Thaller 氏 が 技 術 顧 問 として 参 画 する 企 業 である 現 在 のCEOのBill Watkinsは LED chipメーカ ーのBridgeluxのCEOや ハードディスクメー カーのSeagate TechnologyのCEOを 歴 任 図 10-9 Imergy Power Systems 社 のフローバッテリ ー( 出 典 : 同 社 ホームペー ジ) 製 品 の 技 術 的 特 徴 同 社 の 特 許 技 術 Lセル(Liquid Cell)を 使 用 したレドックス フロー 電 池 は 176

153 エネルギー 保 存 システム 153 NASA によって 開 発 された 電 池 技 術 を 基 盤 にしたFe/Cr 系 であり, それを 適 用 した 無 線 基 地 局 向 けでの 数 kw 級 の 製 品 を 開 発 している 同 社 の 製 品 は, 他 社 と 違 い 5 ~ 50 Cの 温 度 環 境 でも 使 用 できる また, 重 金 属 を 使 わず 有 毒 ガスを 発 生 しない 環 境 に 優 しいリサイクル 材 を 使 用 している EnerVault 会 社 名 EnerVault 177 技 術 カテゴリー 鉄 クロミウムを 用 いたレドックスフローバッテリー178 用 途 グリッド 設 立 2008 年 従 業 員 不 明 所 在 地 Sunnyvale, CA URL 出 資 3M Company, Commercial Energy of California, Mitsui Global Investment( 三 井 物 産 ), Oceanshore Ventures, TEL Venture Capital( 東 京 エレクトロン), Total Energy Ventures( 仏 のトタール), US Invest, LLC => $3.5M 補 助 金 U.S. DOE ARRA Storage Demonstration grant($4.7m) California Energy Commission / Public Interest Energy Research Grant($476K) 製 品 技 術 的 特 徴 通 常 のフローバッテリと 同 様 に2つのタンクを 持 ち ポンプが 電 解 液 を 循 環 させて 充 電 / 放 電 を 行 う 一 方 のタンクには 鉄 (iron)を 含 む 電 解 質 の 溶 液 が 蓄 えられ これが エネルギーを 貯 蔵 する 物 質 となる もう 一 方 のタンクには クロミウ ム(chromium)を 含 む 電 解 質 の 溶 液 が 満 たされている engineered cascade design, と 呼 ばれる 特 許 技 術 により 複 数 のセルを 直 列 に 並 べ 電 解 質 の 溶 液 をセルのクラスターを 順 番 に 通 し 図 EnerVault 社 が DoE の 補 助 て 行 く 各 セルに 使 われる 電 解 膜 は 異 な る 浸 透 性 を 持 つようになっている 金 を 得 て 実 証 実 験 している 250kW のフ ローバッテリー( 出 典 : 報 道 資 料 ) 実 証 実 験 DOEの$4.7Mの 補 助 金 を 受 けて 蓄 電 性 能 の 実 証 実 験 を 行 っている 250kW(1MWh)のフローバッテリーをCalifornia 州 Turlock 設 置 断 続 的 に 発 電 する 再 生 可 能 エネルギー 発 電 と 組 み 合 わせ 効 果 を 検 証 する 事 が 目 的 この 実 証 プロジェクトでは 灌 水 設 備 用 の 大 きなポンプを 駆 動 するために 用 いられている2 軸 の 追 尾 装 置 を 付 けた 太 陽 光 発 電 パネルで 発 電 した 電 力 を 蓄 えることにより 効 率 を 向 上 させ 同 時 にdemand chargesを 減 らす 事 を 目 的 と している etacgi/nph-parser?sect1=pto2%2526sect2=hitoff%2526p=1%2526u=%25252fnetahtml%25252fpto%25252fsearchbool.html%2526r=1%2526f=g%2526l=50%2526co1=and%2526d=ptxt%2526s1= pn.%2526os=pn/ %2526rs=pn/

154 エネルギー 保 存 システム Eos Energy Storage 会 社 名 Eos Energy Storage 179,180,181,182 技 術 カテゴリー 亜 鉛 空 気 バッテリー 用 途 Grid 所 在 地 New York URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 $12 million in venture capital, $15 million Series B financing round with participation from a syndicate of 21 strategic and financial investors. EosとConsolidated Edison (ConEd)がシステムテストに 使 う$250,000の 補 助 金 は New York State Energy and Research Development Authority (NYSERDA) が 供 給 した 物 である 製 品 Eos Auroraと 呼 ばれる 定 置 型 のバッテリーを 商 品 化. 1 基 あたりの 容 量 は1MW(6-MWh) 技 術 的 特 徴 実 証 実 験 図 MW(6MWh の 亜 鉛 空 気 バッテリー( 出 典 : 同 社 ホームページ) 75%の 充 放 電 エネルギー 効 率 10,000 回 の 充 放 電 サイクル または 30 年 の 寿 命 亜 鉛 を 使 う 事 によってシステム 価 格 を 安 くする 事 が 出 来 る 目 標 のシステム 価 格 は$1,000/kWhであり 6 時 間 のシステムでkWhあたり$160となる zinc air-based batteryを 充 電 可 能 にするのは 空 気 がanodesとcathodesを 劣 化 させるため 難 しいがこれを 克 服 した 塩 水 をaqueous electrolyteに 使 う 必 要 に 応 じて 液 体 を 追 加 する これに より 6,000 cyclesの 実 験 室 でのテストに 耐 えた 将 来 は10,000 回 に 耐 える ようになるだろう 現 在 のbattery management software (BMS)の 改 良 を 続 けている( 液 体 を 充 満 させた 各 セルの 状 態 をモニターする) 気 をつけないと 熱 暴 走 するが Eos のaqueous-based, electrolyte-filled cellsは 高 温 になった 際 には 自 分 自 身 をパワーダウンさせる 事 が 出 来 火 事 にはならない Consolidated Edison (ConEd)と 実 証 蓄 電 プランを 建 設 中 これは2014 年 前 半 に 稼 働 を 始 める 予 定 この 実 証 向 け 製 品 の 製 造 はニューヨークを 拠 点 とす るINCODEMA GROUPというプロトタイプ 製 造 サービス 会 社 が 行 う EosはConsolidated Edison 以 外 にも 5 社 と 小 規 模 のパイロットプラントを 計 画 中 GELI: (Growing Energy Lab Inc.) 会 社 名 GELI: (Growing Energy Lab Inc.) Production#.UsfUehaIDPc

155 エネルギー 保 存 システム 155 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 従 業 員 所 在 地 URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 どこのスピンアウトか 製 品 技 術 的 特 徴 バッテリーシステムを 管 理 する 為 のソフトウェア 各 種 のバッテリーシステム 2010 年? 名 San Francisco, CA 不 明 不 明 グリッド 向 けの 蓄 電 システムを 管 理 する 為 のオペレーティングシステムと 各 種 のソフトウェアを 開 発 企 業 やビルのオーナーや 電 力 会 社 は GELI 社 のソフトウェアシステムを 組 み 込 んだバッテリーを 用 いる 事 により 太 陽 光 発 電 システムと 蓄 電 を 効 率 よく 組 合 せたり 発 電 と 電 力 消 費 の 需 給 のバランスが 崩 れた 時 の 蓄 電 や 放 電 の 管 理 を 行 う 事 が 出 来 る 韓 国 のKokam 社 が このオペレーティングシステムをテスト 中 GENIは コミュニティーの 中 でシステム 使 用 者 が 複 数 の 場 合 GENIを 使 って システム 同 士 を 連 携 できる さらに 余 剰 電 力 はコミュニティー 内 で 共 有 する こともできる GENI 利 用 時 には メールアドレスのようなURLがサーバーから 各 個 人 に 与 え られる 各 アドレスから 各 使 用 者 の 電 気 使 用 料 太 陽 光 での 電 気 の 生 産 量 蓄 電 量 グループと 個 人 の 生 活 に 必 要 な 電 気 のデータを 全 て 計 算 できる そのデータに 基 づき 各 使 用 者 の 必 要 電 気 量 を 把 握 し 明 確 な 数 字 で 割 り 出 す そうしたデータを 使 用 する 事 で 消 費 者 個 人 が 必 要 な 電 力 を 生 産 できるエネ ルギーバンク そしてエネルギーオペレーターになれる さらにソーラーパ ネルを 使 用 する 際 に 電 気 使 用 の 値 から1 世 帯 に 何 枚 のパネルが 必 要 かなど 計 算 することが 可 能 このシステムは 電 力 会 社 との 電 力 併 用 にも 使 用 できる 自 分 の 使 用 している 電 力 の 供 給 先 がこのシステムから 把 握 する 事 が 可 能 災 害 時 に 電 力 会 社 から の 電 力 が 途 絶 えても 蓄 電 池 で 電 力 使 用 ができるため 電 力 会 社 に 頼 らずコ ミュニティーや 個 人 で 数 字 を 使 って 災 害 対 策 ができる Imprint Energy 会 社 名 Imprint Energy 184 技 術 カテゴリー 印 刷 技 術 を 用 いた 亜 鉛 バッテリー 用 途 携 帯 型 危 機 向 け ウエアラブル 健 康 機 器 フィットネスモニタリング 医 療 機 器 設 立 2010 年 従 業 員 不 明 所 在 地 1320 Harbor Bay Parkway Suite 110, Alameda, CA URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 Dow Chemical In-Q-Tel(support the missions of the U.S. Intelligence Community) FlexTech Alliance(U.S. Army Research Laboratory (ARL)) どこのスピンアウトか UC Berkeleyで 開 発 された 技 術 がベースとなっている 製 品 リチウムでは 無 く 亜 鉛 を 用 い スクリーン 印 刷 技 術 を 用 いる 事 で 低 コスト で 製 造 が 可 能 (Zinc Poly ) 非 常 に 薄 型 で 柔 軟 (pliable)でかつエネルギー 密 度 が 高 い 一 部 の 顧 客 向 けに 少 量 生 産 を 行 っているとのこと

156 エネルギー 保 存 システム 156 技 術 的 特 徴 ポリマー( 重 合 体 高 分 子 化 合 物 )を 電 解 質 に 用 いる 事 により 室 温 での 高 いイオン 導 電 性 (~10-3 S/cm)を 持 ち 機 械 的 にも 強 く セパラーターを 必 要 としない エネルギー 密 度 (>5 mahr/cm2, 300 Wh/L)は リチウムポリマー 電 池 よりも 優 れている 最 小 パッケージングの 厚 さは300ミクロン 以 下 である リチウムを 用 いる 場 合 に 比 べて 発 火 の 危 険 性 が 無 く リチウムポリマー 電 池 に 比 べて 半 分 以 下 のコストで 製 造 可 能 確 立 された roll to roll の 印 刷 技 術 を 用 いた 製 造 方 法 を 用 いる 事 が 出 来 る 図 印 刷 技 術 を 用 いたロールツーロールで 製 造 可 能 な 亜 鉛 電 池 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) Leyden Energy 会 社 名 Leyden Energy ( 旧 社 名 :Mobius Power) 185,186,187,188,189,190 技 術 カテゴリー リチウムイオン 電 池 用 途 タブレット スマートフォン パーソナルWiFiラウター スタートストップビークル 設 立 2007 所 在 地 Fremont, California URL 出 資 設 立 以 来 A/B で $38M を 調 達 ( New Enterprise Associates, Lightspeed Ventures, Sigma Partners, Walden International.) 2013に 上 記 の 既 存 VCより$10MのラウンドCを 実 施 ( 合 計 $48M) 補 助 金 The United States Advanced Battery Consortium LLC (USABC)が$2.28Mのコン トラクト 契 約 (スタートストップ 自 動 車 の 技 術 開 発 に) どこのスピンアウトか DuPontから 特 許 をライセンス 製 品 技 術 的 特 徴 電 解 質 としてリチウムイミド 191 (Lithium imide, Li 2 NH)を 採 用 する 事 により 高 温 での 特 性 を 向 上 し かつ 容 量 を 増 やせた また 電 解 質 の 水 と 反 応 しないため 長 寿 命 (1,000 回 以 上 の 充 放 電 ) ( 多 くの 会 社 はPF 6 (hexa-fluoro-phosphate)をベースとした 電 解 質 を 使 っているが これはアノードと 反 応 してhydrofluoric acid (HF)を 発 生 し 劣 化 をもたらす

157 エネルギー 保 存 システム 157 採 用 実 績 ) シリコンベースのアノード 中 国 のコントラクトマニュファクチャラーに 製 造 委 託 2010 以 降 ノートパソコ ン(HP 製 他 )のバッテリー のアフターマーケット 向 けに100,000 個 以 上 の 18650フォーマットのバッ テリーを 製 造 出 荷 実 績 が ある 但 し 今 後 はパウチ 型 のセ ルの 出 荷 が 増 えると 予 想 図 Leyden Energy 社 のリチウムイオン 二 している 次 電 池 の 構 造 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) nvidea 社 のタブレット 機 器 (Tegra3)の 開 発 プラットフォームに 採 用 された PowerMat 社 にも 採 用 された Pellion Technologies, Inc. 会 社 名 技 術 カテゴリー 用 途 設 立 従 業 員 所 在 地 URL 出 資 補 助 金 どこのスピンアウトか 製 品 および 技 術 的 特 徴 Pellion Technologies, Inc. マグネシウムイオンバッテリー 車 載 携 帯 デバイス 等 2009 年 不 明 625 Mount Auburn Street, Suite 105, Cambridge, MA 02138, USA Khosla Ventures. ARPA-E program($3.2m) MITの 技 術 のスピンアウト FounderのGerbrand Cederは 元 MITの 教 授 リチウムイオン 電 池 を 越 えるエネルギー 密 度 をマグネシウムイオンで 達 成 Anodeはマグネシウムであるが それにベストフィットするカソード 材 料 を 選 定 同 社 によると マグネシウムイオンは リチウムイオンに 比 べて 原 子 あたり の 電 荷 ( 放 出 する 電 子 )が2 倍 であり またエネルギー 密 度 もリチウムイオ ンに 比 べて 高 くなり 結 果 としてリチウムイオン 電 池 に 比 べて 高 性 能 となる また マグネシウム 原 子 は リチウム 原 子 に 比 べて アノード 電 極 での 劣 化 が 少 ない(リチウム 原 子 は 充 放 電 を 繰 り 返 すと 劣 化 がはげしい) またマグネシウムは 豊 富 に 産 出 されるため 廉 価 ただし マグネシウムイオン 電 池 を 充 電 可 能 にするにはカソード 材 料 の 選 択 が 重 要 となり 現 在 のところまだ 実 用 化 ( 量 産 化 )に 至 っていない また マグネシウムイオンのmobility( 易 動 度 )がリチウムイオンに 比 べて 低 い 当 社 は コンピューターモデリングを 駆 使 する 事 により 10,000 種 類 以 上 の cathode 電 極 素 材 の 特 性 をシミュレーションし 最 適 な 素 材 を 短 期 間 に 選 択 可 能 にした ファウンダーのGerbrand Ceder 教 授 は MITで マテリアルゲノムプロジェ クト を 成 功 に 導 いた 事 で 有 名 リチウムイオン 電 池 の 置 き 換 えとしては マグネシイオンだけでなく 他 の 素 材 も 活 発 に 研 究 されている ( 例 えば Li-S, Li-air, Li-cobalt, Znair and Na-metal halide 等 ) トヨタ 自 動 車 も マグネシウムイオン2 次 電 池 の 研 究 を 行 っていると 表 明 し ているが 実 用 化 は2020 年 以 降 だとしている

158 エネルギー 保 存 システム Prieto Battery 会 社 名 Prieto Battery: 技 術 カテゴリー 固 体 電 池 lithium ion battery ナノテクを 用 いたナノワイヤーをアノードに し 電 解 質 はポリーマー かつ 全 体 を3 次 元 構 造 に 従 業 員 不 明 所 在 地 4227 LOOKOUT LANE, FORT COLLINS, COLORADO URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 $5.5M どこのスピンアウトか コロラド 州 立 大 学 教 授 のAmy Prietoが 創 業 製 品 の 技 術 的 特 徴 通 常 のLiBでは 電 解 質 が 液 体 であるが Prieto Batteryでは 固 体 (ポリマ ー)を 用 いている アノードは 極 めて 細 い 銅 (Cu 2 Sb) のナノワイヤーをナノテクを 用 いて 製 造 する これにより 表 面 積 を 大 きくする 事 が 出 来 よ り 多 くのリチウムイオンを 保 持 する 事 が 可 能 となる 電 池 の 構 造 は3 次 元 である 即 ち 正 極 (カソード)と 負 極 ( アノード) を 撚 り あ わ せ る (intertwined) 右 下 の 図 が 3D 構 造 を 模 式 的 に 示 した 物 である 1 本 1 本 のア ノード 電 極 (ナノワイヤー)の 廻 りを 電 解 質 (ポリマー)で 取 り 囲 み(コーティングし) それ をカソード 電 極 で 浸 す これに より アノードからカソードへ の 電 荷 の 流 れを3 次 元 化 し Li 図 万 本 のナノワイヤーが1 ペニー 硬 貨 の 上 に 形 成 可 能 ナノワイヤ ーのアノード( 負 極 )を 電 解 質 が 取 り 囲 む( 出 典 : 同 社 ホームページ) イオンの 到 達 時 間 を 短 くする 当 社 によると こうすることにより 出 力 密 度 が 上 がり 寿 命 が5 倍 に 長 く なり 充 電 時 間 を 短 縮 する 事 が 可 能 (5 分 で 充 電 )とのこと 目 標 性 能 は 出 力 密 度 が14,000W/L エネルギー 密 度 が650Wh/Lとのこと 全 固 体 であり 液 体 の 電 解 液 が 無 いため 通 常 のLiBに 用 いられている 有 毒 化 学 物 質 を 除 く 事 が 可 能 とのこと まだ 開 発 途 上 であり 実 証 には 時 間 がかかると 思 われる ペニー 硬 貨 の 表 面 積 上 に2,500 万 本 のアノード 電 極 を 構 成 可 能 Primus Power 会 社 名 Primus Power(プライマスパワー) Administration-Puget#.UseU6RaIDPc

159 エネルギー 保 存 システム 159 技 術 カテゴリー 199 亜 鉛 臭 素 を 使 用 したフロー 電 池 用 途 スマートグリッドストレージ 200 設 立 2009 年 8 月 従 業 員 50 名 未 満 (2011 年 6 月 現 在 :LinkedInより) 所 在 地 3967 Trust Way Hayward, CA URL 出 資 やの 有 無 第 一 ラウンドは2009 年 8 月 に 完 了 2011 年 5 月 DBL Investors I2BF Global Venturesが 先 導 し 既 存 投 資 機 関 の Chrysalix Energy Venture Capital Kleiner Perkins Caufield & Byersが 参 加 した 第 2ラウンドで$11Mを 調 達 補 助 金 エネルギー 省 からは 研 究 開 発 活 動 に 向 けて 2 種 の 助 成 金 を 受 けている 2009 年 下 記 のModestoプロジェクトにおける 経 費 の 一 部 として 1400 万 ドル を 受 けた 他 同 省 のARPA-E Programにおいては 風 力 太 陽 エネルギーの 貯 蔵 に 適 した 高 電 力 密 度 のフロー 電 池 に 対 応 する 長 期 持 続 型 の 電 極 開 発 を 目 的 に 助 成 金 を 確 保 した どこのスピンアウトか 同 社 の 技 術 は 80 年 代 Electric Power Research Instituteが 取 り 組 んだ 研 究 活 動 が 基 盤 となっている 製 品 の 技 術 的 特 徴 ベースユニットの 容 量 : 250kW(1MWh) 製 品 の 寿 命 :20 年 間 充 放 電 効 率 :70% AC-to-AC efficiency フロー 電 池 対 応 の 安 価 な 金 属 電 極 の 研 究 に 取 り 組 むと 同 時 に 大 量 製 造 可 能 な 製 造 工 程 を 採 用 図 Primus Power 社 のフローバ 発 電 施 設 の 建 設 ッテリーをコンテナ 内 に 設 置 した 所 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) カリフォルニア 州 Modesto Irrigation Districtでの 風 力 発 電 太 陽 光 発 電 の 平 準 化 の 実 証 プロジェクト 25M, 75MWの 蓄 電 施 設 を 建 設 中 このプロジェクトは 2 年 間 に 渡 り 連 邦 政 府 が 全 米 で 展 開 しているエネ ルギー 計 画 のひとつで 米 エネルギー 省 が 統 括 同 計 画 には 総 額 47Mドルの 経 費 が 見 込 まれているが Primus Powerがその 3 分 の2のコストを 負 担 していく この 場 合 1ワットあたりのコストは 1.88ドルと 算 出 される (47M/25MW=1.88$/W, $47M/75MWh=$620/kWh) QuantumScape 会 社 名 QuantumScape: 201,202 技 術 カテゴリー all-electron battery (フローバッテリーの 一 種 か?) Power.pdf

160 エネルギー 保 存 システム 160 用 途 電 気 自 動 車 用 軍 用 設 立 不 明 従 業 員 不 明 (2013 年 に 87,000 square footのr&dオフィスをリースした) 所 在 地 San Jose, California URL (ほとんど 情 報 無 し) 出 資 Kleiner Perkins Caufield & Byers and Khosla Ventures. 補 助 金 ARPA-E grant どこのスピンアウトか Stanford 大 学 で 開 発 された 技 術 のスピンアウト CEOのJagdeep Singhは Infineraの 元 コファウンダー 製 品 および 技 術 的 特 徴 ステルスモードであり ほとんど 情 報 を 開 示 していない 通 常 充 放 電 に 使 われるのはイオンであるが 本 会 社 の 方 式 では 電 子 ( 正 孔 )が 充 放 電 に 用 いられるとのこと スタンフォード 大 学 や 当 社 では この 方 式 を All Electron Battery と か "electron hole redox(reduction / Oxidation 酸 化 還 元 反 応 )"と 呼 んでいる 電 子 はイオンよりも 軽 い 為 移 動 速 度 が 速 いため バッテリーの 軽 量 化 が 可 能 でエネルギー 密 度 を 数 倍 高 くする 事 が 理 論 的 には 可 能 と 思 われる また 長 寿 命 化 が 可 能 と 言 う 理 論 的 には 化 石 燃 料 と 同 等 のエネルギー 密 度 を 達 成 可 能 とのこと SolidEnergy 会 社 名 SolidEnergy 204,205 技 術 カテゴリー リチウム 金 属 バッテリー Solid Polymer Ionic Liquid (SPIL)と 呼 んでいる バッテリー 用 の 材 料 の 販 売 をビジネスモデルとしている 用 途 まずはポータブルマーケットを 攻 めるとの 事 車 載 は 時 間 がかかるのでその 先 設 立 2012 従 業 員 不 明 所 在 地 200 West Street, Waltham, MA URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 1 回 目 の 資 金 調 達 で$4.5 millionを 調 達 A123ベンチャーテクノロジーズ 社 と 協 力 してスケールアップしようとしてい る どこのスピンアウトか MIT 製 品 SolidEnergy 社 は 安 全 で 高 密 度 で 広 い 温 度 範 囲 で 使 える 二 次 電 池 用 の 材 質 の 開 発 を 行 っている Solid Polymer Ionic Liquid (SPIL)と 呼 ばれるリチウム 金 属 電 池 MIT-Start-up

161 エネルギー 保 存 システム 161 技 術 的 特 徴 金 属 リチウムを 薄 いポリマーで 覆 う こ れは 他 社 もやろうとしている 固 体 電 極 に 近 い 違 いはこの 皮 膜 が 非 常 に 薄 い 事 そのた め リチウムイオンの 動 きが 妨 げられな い また バッテリーを 高 温 にする 必 要 が 無 い この 薄 いポリマーは 通 常 の 電 極 材 料 をコーティングするものと 同 じ 物 が 使 える 金 属 リチウムを 負 極 に 使 う 事 は 新 しい 事 ではないが 過 去 の 例 ではリチウム 金 属 から 金 属 が 溶 け 出 して 樹 状 突 起 (デンド 図 試 作 品 のバッテリ ライト)を 作 り それが 正 極 に 達 して 短 ーセル( 左 )と 使 われた 金 絡 し 発 火 事 故 等 を 起 こしていた 属 リチウム 負 極 電 極 ( 出 典 : これを 薄 いポリマーで 防 ごうとしてい MIT テクノロジーレビュー) る また 電 解 質 を 引 火 性 の 液 体 では 無 く イオン 液 体 を 使 うことで 発 火 事 故 を 防 ぐとの 事 Sila Nanotechnologies 会 社 名 Sila Nanotechnologies: (Formerly Streamline Nanotechnologies, Inc) 206 技 術 カテゴリー 容 量 を2 倍 に 出 来 るLiB 用 途 車 載 バッテリーや 携 帯 機 器 向 けバッテリー 設 立 2011 年 従 業 員 不 明 所 在 地 TH Street NW, Atlanta, GA URL VC 出 資 Sutter Hill Venture 他 補 助 金 $1.73 million grant from the DOE. どこのスピンアウトか バレイ アントレプレナーズ(Valley entrepreneurs) ジョージア 工 科 大 学 (Georgia Institute of Technology) 製 品 の 技 術 的 特 徴 当 会 社 のウエブサイト 等 には 詳 細 な 情 報 は 無 いが ARPA-Eの 補 助 金 決 定 の 文 章 より 下 記 が 類 推 される 電 気 自 動 車 向 けのLiB 向 けにスケーラブルで 高 容 量 なナノ 構 造 の 素 材 の 開 発 を 行 っている この 技 術 が 成 功 すれば 現 在 の 半 分 の 価 格 で 電 気 自 動 車 向 けの 電 池 が 製 造 出 来 る 他 の 素 材 との 違 いは バッテリーの 充 放 電 時 の 容 積 の 変 化 が 最 小 に なる 事 で これは 次 世 代 のバッテリーのアノードに 必 要 な 性 能 であ る また 当 社 の 技 術 を 用 いるとLiBの 寿 命 構 造 的 安 定 性 安 全 性 充 電 効 率 等 が 大 幅 に 改 善 する 可 能 性 がある 既 存 の 製 造 工 程 への 適 合 性 の 良 さ 環 境 に 優 しい 素 材 は 既 存 のLiB への 適 用 を 容 易 にするであろう ジョージア 工 科 大 学 の 下 記 の 資 料 によると ナノ 素 材 の 特 許 が 当 社 にライ センスされている 206

162 エネルギー 保 存 システム Sion Power 会 社 名 Sion Power( 旧 社 名 :Moltech Corporation) 207,208 技 術 カテゴリー リチウム 硫 黄 電 池 用 途 電 気 自 動 車 および 軍 事 市 場 を 主 体 設 立 1994 年 従 業 員 約 60 名 (2012 年 7 月 現 在 ) 所 在 地 2900 E Elvira Road, Tucson, AZ URL 出 資 2011 年 12 月 に 完 了 した 投 資 ラウンドで50Mドルを 調 達 パートナー ドイツに 本 拠 を 置 く 大 手 化 学 企 業 BASF 社 が 投 資 を 行 った Sion Power 社 とBASF 社 は 2009 年 に 技 術 開 発 に 関 する 合 意 契 約 を 締 結 したことを きっかけに 協 業 関 係 がスタート 補 助 金 2010 年 には 最 低 300マイルの 充 電 距 離 に 対 応 可 能 なリチウム 硫 黄 電 池 の 開 発 活 動 に 対 し ARPA-Eより500 万 ドルの 助 成 金 を 獲 得 また 米 エネルギー 省 からは リチウム 硫 黄 電 池 を 対 象 とした 新 しい 電 解 質 の 研 究 活 動 (3 年 間 )に 対 して80 万 ドルを 受 けた どこのスピンアウトか Brookhaven National Laboratoriesから 技 術 ライセンスを 受 けた 製 品 技 術 的 特 徴 Brookhaven National Laboratoryから 分 社 化 し Moltechという 社 名 でスタ ート 同 社 によると リチウム 硫 黄 物 質 を 利 用 した 同 社 システムは 他 のいかなる 電 池 システムに 比 べ 理 論 上 重 量 と 容 積 のいずれにおいてもエネルギー 密 度 が 最 も 高 いとされている 過 去 においては QinetiQ と 共 にUAV( 無 人 機 )を 対 象 とした 動 力 供 給 の 技 術 開 発 に 携 わっていた 近 年 においては 先 に 述 べた 投 資 先 であるBASFと 共 同 で 電 池 素 材 の 開 発 研 究 に 取 り 組 んでいる Seeo 会 社 名 Seeo 技 術 カテゴリー 全 固 体 リチウムイオン 電 池 用 途 utility-scale storage 設 立 2007 年 所 在 地 Hayward, CA. URL 出 資 Khosla Ventures, GSR Ventures, Google.org Presidio Ventures (Sumitomo Corporation) 補 助 金 $6.2M from the Department of Energy $4.9M award from the Department of Energy s Vehicle Technologies program. California Energy Commission. どこのスピンアウトか Lawrence Berkeley National Laboratoryの 中 核 特 許 をライセンス 製 品 の 技 術 的 特 徴 ドライポリマー 電 解 質 (dry polymer electrolyte) DryLyte バッテリーは 固 体 電 解 質 なので 燃 えない 高 温 下 でも 劣 化 しな い

163 エネルギー 保 存 システム 163 長 寿 命 ( 車 載 に 使 った 場 合 は20 万 マイル) 250 Wh/kgという 高 いエネルギー 密 度 を 持 つ 年 間 4MWhのパイロット 製 造 ラインを 構 築 した 図 左 : 通 常 のリチウムイオン 電 池 右 :Seeo 社 の 全 固 体 電 池 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) 図 SunEdison と 共 同 で 行 った 実 証 実 験 用 の Energy Storage System (ESS)の 写 真 (10kWh)( 出 典 : 同 社 ホームペー ジ) Sakti3 会 社 名 Sakti 技 術 カテゴリー battery cells with a solid-state electrolyte 用 途 自 動 車 向 け 設 立 2007 所 在 地 Ann Arbor, Michigan URL 出 資 や 補 助 金 の 有 無 $16M 2010 年 (Khosla Ventures, General Motors, 伊 藤 忠 ) どこのスピンアウトか research led by CEO Ann Marie Sastry, who heads up the University of Michigan s energy systems engineering program 製 品 や 技 術 的 特 徴 全 固 体 バッテリーの 素 材 および 製 造 方 法 の 開 発 を 継 続 もともとの 技 術 はファウンダーのSastry 氏 がミシガン 大 学 で 開 発 した 物 で ある GMが 協 力 している 模 様 真 空 技 術 で 薄 いホイルに 電 極 等 を 蒸 着 させる 技 術 (vacuum deposition technology)と 思 われる(ポテトチップの 袋 を 製 造 するような 装 置 ) 廉 価 で 量 産 化 が 可 能 な 技 術 や 装 置 や 材 質 を 開 発 中 ステルスモードで 開 発 を 続 けているため ほとんど 情 報 が 無 い

164 エネルギー 保 存 システム Solid Power, LLC 会 社 名 Solid Power, LLC 213 技 術 カテゴリー 214 全 固 体 二 次 電 池 用 途 215 車 載 他 所 在 地 Louisville, CO URL 補 助 金 DARPAのDefense Science's Office (DSO) ARPA-E (RANGE) $3.5M(2013/8) Small Business Innovation Research grant from the National Science Foundation.(2013/1) どこのスピンアウトか コロラド 大 学 Boulder 校 ミシガン 州 立 大 学 のThe Sakamoto Groupが 開 発 したセラミック 酸 化 固 体 電 解 質 を 利 用 技 術 的 特 徴 軽 量 で 安 全 で 豊 富 に 取 れる 資 源 を 利 用 しているた め 低 コスト 化 が 可 能 エネルギー 密 度 (Wh/kg)が 既 存 のLiBに 比 べて 約 3 倍 と 高 い 主 な 特 徴 はそのカソードにある 導 電 性 の 添 加 物 (additive)と 少 量 の 電 解 質 を 用 いる 事 により 通 常 のLiBの3 倍 の 容 量 のカソードを 実 現 した このカソードは リチウム 金 属 に 比 べて 化 学 的 に 安 定 であり 他 の 高 伝 導 度 の 電 極 に 比 べても 同 等 の 導 電 性 を 誇 る ( S/cm) これらにより 高 出 力 が 可 能 なバッテリーセルが 実 現 可 能 また 個 体 電 池 セルで 用 いる 素 材 は 環 境 的 に 安 定 しており 不 揮 発 で 引 火 しない 図 Solid このカソードは 極 めて 低 コスト 化 が 可 能 で 豊 富 Power 社 の 全 固 体 電 に 取 れる 素 材 を 用 いている 池 負 極 がリチウム これらにより 高 エネルギーで 安 全 で 低 コストな 全 固 体 電 池 が 実 現 可 能 金 属 正 極 と 電 解 質 が 固 体 ( 出 典 : 同 社 ホームページ) M Technologies 会 社 名 24M Technologies 216,217 技 術 カテゴリー 半 固 体 フロー 電 池 用 途 電 気 自 動 車 グリッド 設 立 2010 年 所 在 地 One Kendall Square, Building 1400 East, 3rd floor, Cambridge, MA html#.UsTiBhaIDPc 217