ナトリウムイオン電池（ナトリウムイオンバッテリー）の仕組みやメリット・デメリット

パソコンやスマートフォン、車載用のバッテリーなど幅広い用途で使われているリチウムイオン電池。しかし、寿命年数が短く劣化しやすい上、コバルトやニッケル、リチウムといったレアメタルが使われていることもあり、資源の確保の課題も浮かび上がっている。そこで、現在注目が集まっているのがナトリウムイオン電池だ。本記事では、ナトリウムイオン電池の構造や仕組み、メリットやデメリットについて解説したい。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　ナトリウムイオン電池（ナトリウムイオンバッテリー）の仕組み・構造とは？

ナトリウムイオン電池とは、リチウムイオン電池と同じく何度も使用できる二次電池だ。英語では、Sodium-ion Battery（SiB）、またはNa-ion Battery（NiB）とも。ナトリウムイオンが正極と負極の間を行き来することで充放電が可能となる。正極にはナトリウム系層状酸化物やプルシアンブルー類似体、ポリアニオン系化合物、負極にはハードカーボンやソフトカーボンと呼ばれる炭素材料、電解液には炭酸ジメチルといった有機溶媒などが用いられることが多い。

リチウムイオン電池に使用される素材はリチウムやニッケルといったレアメタル（希少金属）だ。現状においては、埋蔵量や採掘量は問題ないとされているが、今後需要が伸長すれば、資源が不足して価格が高騰する恐れがある。ナトリウムイオン電池に用いられる素材は海水や岩塩層など自然界に豊富に存在するため、枯渇の心配がない。また、リチウムイオン電池と仕組みや構造が類似していることから、リチウムイオン電池の代替電池として開発が進められている。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　ナトリウムイオン電池（ナトリウムイオンバッテリー）と全固体電池の違い

全固体電池とは、電流を発生させるための電解質を固体に置き換えた電池の総称を指す。液体電解質よりも安全性が高く大容量化できることから、電気自動車分野での活用が期待されている。現状で、ナトリウムイオン電池は液体電解質を用いたものが主流だが、全固体ナトリウムイオン電池の開発も進められている。

　ナトリウムイオン電池（ナトリウムイオンバッテリー）のメリット

ナトリウムイオン電池は、材料資源が豊富であること以外にも、性能面やコスト面などでもメリットがある。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　材料資源が豊富である

ナトリウムイオン電池に使用される材料はナトリウムで、地球上の海水や塩湖、地層などに豊富に存在する単体金属だ。一方、リチウム電池ではリチウムのほか、コバルトやニッケル、マンガン、チタンといったレアメタルが使用されている。リチウムイオン電池は、パソコンやスマートフォン、ICレコーダーだけでなく電気自動車（EV）の普及で、さらに需要が伸びる可能性があり、レアメタルの資源枯渇が懸念されている。無論、資源が不足すれば、価格高騰につながる恐れがある。

　急速充電が可能

リチウムイオン電池も急速充電できるが、ナトリウムイオン電池もそれと同等、またはそれ以上のスピードになるとされているのだ。CATL社のナトリウムイオン電池では、約15分で80％程度の充電が可能とされている。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　使用温度範囲が広い

通常、電池は低温になると電解液の粘度が上がって内部の反応速度が下落し、抵抗値が増加することで電池の出力が下がるような構造になっている。ただし、ナトリウムイオン電池では、-20度以下といった酷寒下や90度などの超高温下でも性能を保持できるなど、非常に広範囲の温度で動作することが報告されている。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　ナトリウムイオン電池（ナトリウムイオンバッテリー）の実用化に向けた課題・デメリット

一方で、ナトリウムイオン電池の実用化では、まだまだ乗り越えなければならない課題がいくつも存在する。

　発火の危険性がある

ナトリウム金属は酸化すると水と激しく反応するため、空気中で自然発火しやすい特性をもつ。現状では、リチウムイオン電池よりもナトリウムイオン電池の方が安全性が低いとされている。ただし、この発火リスクを最小限に抑えるべく、全固体ナトリウムイオン電池の開発・実用化が進められており、近い将来、解決する可能性も十分に考えられるだろう。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　エネルギー密度が低い

ナトリウムイオン電池はエネルギー密度が低い。エネルギー密度とは、単位質量または単位体積あたりで取り出せるエネルギー量を表す数値だ。大きいほど電池の性能が高いことを示す。電気自動車（EV）では多くのエネルギーを必要とするため、リチウムイオン電池と比較すると航続距離は短くなる。しかし、2023年11月に東京理科大学が負極に使用するハードカーボンを改良したところ、リチウムイオン電池に匹敵するエネルギー密度を示すことに成功した。

　重量が大きい

ナトリウムはリチウムと比べて原子量がおよそ3倍、イオン体積がおよそ2倍あり、必然的に重量が大きくなる。そのため、携帯機器やドローンなど軽量化が要求される用途にはあまり向いていない。

　ナトリウムイオン電池（ナトリウムイオンバッテリー）を開発する企業・メーカー

脱リチウムの動きが世界的に普及するなかで、今ではさまざまな企業がナトリウムイオン電池の開発・量産を進めている。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　日本電気硝子

日本電気硝子は滋賀県大津市に本社をおく特殊ガラス製造メーカーだ。2017年に正極に結晶化ガラスを用いた全固体ナトリウムイオン電池の室温駆動に成功。2019年には低温駆動もクリアし、2021年には世界で初めてオール酸化物の全固体ナトリウムイオンの駆動に成功している。2024年8月にサンプル出荷を開始し、2025年までに実用化を目指す。

　Natron Energy

Natron Energy（ナトロン・エナジー）は、2012年にアメリカ・カリフォルニア州サンタクララで設立されたスタートアップだ。2020年にはナトリウムイオン電池として世界で初めてUL 1973認定（アメリカの工業分野における安全基準のうち蓄電池の認証）を取得している。2022年には自動車用鉛蓄電池大手のアメリカのClarios（クラリオス）社とともにナトリウムイオン電池の量産を開始すると発表。2024年4月には、アメリカ・ミシガン州でナトリウムイオン電池の組立工場の操業を開始している。

もうひとつの次世代電池として期待される「全固体電池」を分かりやすく解説！
資料（無料）を見てみる

　CATL

CATL（Contemporary Amperex Technology）は、2011年に福建省で設立された電池メーカー。主に電気自動車（EV）やエネルギー貯蔵システム向けのリチウムイオン電池の開発・製造を行っている。2017年にはパナソニックを抜いてEV用車載電池の出荷量で世界トップに躍進している。2021年7月にはナトリウムイオン電池を発表。

その後、2023年4月にはChery Automobile（奇瑞汽車）の電気自動車（EV）に搭載された。なお、ナトリウムイオン電池が量産車両に搭載されるのは世界で初とされる。

　まとめ

脱リチウム、レアメタルフリーの流れが起こっているものの、ナトリウムイオン電池のほか、全固体電池なども商用化に向けて開発が進んでいる。用途に応じてこれらの技術がリチウムイオン電池に代わり、実用化が進んでいくと考えられ、今後の市場の動向に注目したい。