タグ: モビリティ

Tesla（テスラ）は、バッテリー設計の改善によって電気自動車とエネルギー貯蔵のコストを削減しようとしているが、米国時間9月23日の午後、電気自動車やエネルギー貯蔵のコストを削減するために追求している技術革新について発表した。その中で、すべての製品の心臓部であるリチウムイオン電池の主要部品の材料科学に新たな進歩があったことを明かした。

同社は開発中の製造プロセスから、あらゆるバッテリーシステムの基本構成要素であるカソード（外部回路へ電流が流れ出す電極）とアノード（外部回路から電流が流れ込む電極）に使う材料にいたるまで、バッテリーを改良するために上記のアプローチを採っている。その結果、カソードとアノードの材料コストが削減され、それだけで性能が向上するため「バッテリの動作範囲が20%拡大する可能性がある」と同社は主張する。

アノード側では、冶金グレードのシリコンを使用して、より多くのシリコンをバッテリに組み込む方法を検討しているという。地球上で最も豊富な材料の1つであるシリコンは、マイクロチップやバッテリー、さらにはソーラーパネルに使用されており、さまざまな用途で使えるように、高価かつ高度に処理されてきた。バッテリーの場合、問題はリチウムが完全に充電されると劣化する傾向があることだ。

「シリコンを使うとクッキーが崩れてドロドロになります」とイーロン・マスク氏は年次株式総会後に開催した「Battery Day」のプレゼンテーションで語った。そのねばねばした性質は、材料がそのエネルギー保持および貯蔵容量を失うことを意味し、バッテリーが充電されるたびに劣化するため、そのぶん寿命が短くなってしまう。

そのためほとんどの企業は、シリコンに何らかの処理を施して素材を硬くしたり、電池にシリコンをできる限り使わないようにしてきた。「シリコンの一部の利点は活用できますが、すべてを使うことはできませんし、十分な拡張性もありません」と同社のパワートレインおよびエネルギーエンジニアリング担当SVPであるAndrew Baglino（アンドリュー・バグリノ）氏は説明する。「しかしテスラは、シリコンを捨てるのではなく、安価かつ金属グレードのシリコンを使って、新しいバッテリー設計に組み込むことができる新しい処理方法に取り組んでいます」と続けた。

同氏は「我々が提案しているのは、性能とコストの段階的な変化であり、原料の冶金シリコン自体を対象としています」と続け、「拡張性を持たせるための設計と、電極の設計を考えてみてください。単純なシリコンを使用すれば、現在バッテリに使用されているシリコンよりも大幅に量は少なくなります」と説明した。

バグリノ氏は、新しい処理方法を使用することで、1kWh（キロワット時）あたり1.20ドルまでコストを下げることを期待しているそうだ。これには、生の冶金シリコンを低コストで弾力性のあるイオン伝導性ポリマーで安定化させ、高弾性バインダーで電極に組み込むという方法がある。

「この技術革新だけで、テスラの車の航続距離を20%伸ばすことができます。負極のコストを生産すると、バッテリーパックレベルで1kWあたり5％のコスト削減が期待できます」と同氏。

しかし、同社はアノードの改良だけに留まるつもりはない。カソードの効率を向上させるために、さまざまな材料科学のイノベーションを利用することも視野に入れている。

カソードもアノードも、荷電粒子を跳ね返しながら構造を維持する必要がある。カソードは基本的に電気を貯蔵する容器なので、電気が充放電しながら移動している間も電気を貯蔵できる。

マスク氏とバグリノ氏は、この材料を本棚に例え、カソードが本であり、アノードが棚であるとした。このたとえにおけるバッテリーは基本的には本棚、カソードは本を保管、アノードは図書館員が本（エネルギー）を読んだり使用したりできる世界に移動させる役割を果たす。

「イオンを入れるには安定した構造が必要です。イオンと一緒にその形を保持する構造が必要です。イオンを前後に動かすとサイクル寿命が短くなり、バッテリーの容量が急速に低下します」とマスク氏は説明する。なお、カソードにはいくつかの異なる材料を使えるが、圧倒的に安価なのはニッケルで、エネルギー密度も最も高い。しかし、ほとんどの電池はより安定な材料であるコバルトを使っている。

テスラは本日、「より堅牢な貯蔵材料として使用するためにニッケルを安定化する方法に取り組んでいる」と述べた。つまり、ニッケルはイオンを動かしたり劣化させたりする危険なしにエネルギーを貯蔵できるようになる。

バグリノ氏は「1kWあたりのカソードコストを15％削減できます」と説明する。

マスク氏は「テスラは既存の化学物質を捨てるわけではないが、新しいニッケルベースの電池を追加することでほかの目標のいくつかを追求することが可能になる」と述べた。

「バッテリーには3段階のアプローチが必要です」とマスク氏。「鉄は中位クラス、ニッケルマンガンを中位クラス以上、そしてCybertruck（サイバートラック）とクラス8の全電動大型トラックであるSemi（セミ）には高ニッケルを使用する」とのことだ。

画像クレジット：Tesla

［原文へ］

（翻訳：TechCrunch Japan）

Tesla（テスラ）は、バッテリー設計の改善によって電気自動車とエネルギー貯蔵のコストを削減しようとしているが、米国時間9月23日の午後、電気自動車やエネルギー貯蔵のコストを削減するために追求している技術革新について発表した。その中で、すべての製品の心臓部であるリチウムイオン電池の主要部品の材料科学に新たな進歩があったことを明かした。

同社は開発中の製造プロセスから、あらゆるバッテリーシステムの基本構成要素であるカソード（外部回路へ電流が流れ出す電極）とアノード（外部回路から電流が流れ込む電極）に使う材料にいたるまで、バッテリーを改良するために上記のアプローチを採っている。その結果、カソードとアノードの材料コストが削減され、それだけで性能が向上するため「バッテリの動作範囲が20%拡大する可能性がある」と同社は主張する。

アノード側では、冶金グレードのシリコンを使用して、より多くのシリコンをバッテリに組み込む方法を検討しているという。地球上で最も豊富な材料の1つであるシリコンは、マイクロチップやバッテリー、さらにはソーラーパネルに使用されており、さまざまな用途で使えるように、高価かつ高度に処理されてきた。バッテリーの場合、問題はリチウムが完全に充電されると劣化する傾向があることだ。

「シリコンを使うとクッキーが崩れてドロドロになります」とイーロン・マスク氏は年次株式総会後に開催した「Battery Day」のプレゼンテーションで語った。そのねばねばした性質は、材料がそのエネルギー保持および貯蔵容量を失うことを意味し、バッテリーが充電されるたびに劣化するため、そのぶん寿命が短くなってしまう。

そのためほとんどの企業は、シリコンに何らかの処理を施して素材を硬くしたり、電池にシリコンをできる限り使わないようにしてきた。「シリコンの一部の利点は活用できますが、すべてを使うことはできませんし、十分な拡張性もありません」と同社のパワートレインおよびエネルギーエンジニアリング担当SVPであるAndrew Baglino（アンドリュー・バグリノ）氏は説明する。「しかしテスラは、シリコンを捨てるのではなく、安価かつ金属グレードのシリコンを使って、新しいバッテリー設計に組み込むことができる新しい処理方法に取り組んでいます」と続けた。

同氏は「我々が提案しているのは、性能とコストの段階的な変化であり、原料の冶金シリコン自体を対象としています」と続け、「拡張性を持たせるための設計と、電極の設計を考えてみてください。単純なシリコンを使用すれば、現在バッテリに使用されているシリコンよりも大幅に量は少なくなります」と説明した。

バグリノ氏は、新しい処理方法を使用することで、1kWh（キロワット時）あたり1.20ドルまでコストを下げることを期待しているそうだ。これには、生の冶金シリコンを低コストで弾力性のあるイオン伝導性ポリマーで安定化させ、高弾性バインダーで電極に組み込むという方法がある。

「この技術革新だけで、テスラの車の航続距離を20%伸ばすことができます。負極のコストを生産すると、バッテリーパックレベルで1kWあたり5％のコスト削減が期待できます」と同氏。

しかし、同社はアノードの改良だけに留まるつもりはない。カソードの効率を向上させるために、さまざまな材料科学のイノベーションを利用することも視野に入れている。

カソードもアノードも、荷電粒子を跳ね返しながら構造を維持する必要がある。カソードは基本的に電気を貯蔵する容器なので、電気が充放電しながら移動している間も電気を貯蔵できる。

マスク氏とバグリノ氏は、この材料を本棚に例え、カソードが本であり、アノードが棚であるとした。このたとえにおけるバッテリーは基本的には本棚、カソードは本を保管、アノードは図書館員が本（エネルギー）を読んだり使用したりできる世界に移動させる役割を果たす。

「イオンを入れるには安定した構造が必要です。イオンと一緒にその形を保持する構造が必要です。イオンを前後に動かすとサイクル寿命が短くなり、バッテリーの容量が急速に低下します」とマスク氏は説明する。なお、カソードにはいくつかの異なる材料を使えるが、圧倒的に安価なのはニッケルで、エネルギー密度も最も高い。しかし、ほとんどの電池はより安定な材料であるコバルトを使っている。

テスラは本日、「より堅牢な貯蔵材料として使用するためにニッケルを安定化する方法に取り組んでいる」と述べた。つまり、ニッケルはイオンを動かしたり劣化させたりする危険なしにエネルギーを貯蔵できるようになる。

バグリノ氏は「1kWあたりのカソードコストを15％削減できます」と説明する。

マスク氏は「テスラは既存の化学物質を捨てるわけではないが、新しいニッケルベースの電池を追加することでほかの目標のいくつかを追求することが可能になる」と述べた。

「バッテリーには3段階のアプローチが必要です」とマスク氏。「鉄は中位クラス、ニッケルマンガンを中位クラス以上、そしてCybertruck（サイバートラック）とクラス8の全電動大型トラックであるSemi（セミ）には高ニッケルを使用する」とのことだ。

画像クレジット：Tesla

［原文へ］

（翻訳：TechCrunch Japan）

Tesla（テスラ）が自社で設定した年間10〜20テラワット時のバッテリー生産という野心的なゴールに到達するためには、バッテリーと生産方法を進化させる必要がある。

米国時間9月22日のTeslaバッテリーイベントで、同社はCEOのElon Musk（イーロン・マスク）氏がやり遂げると主張する一連のイノベーションを発表した。すべては、新構造のバッテリーから始まる。

この発表の中で、同社は新しいセルのデザインも公表している。新しい80ミリ長と呼ばれるもので、セルのエネルギー密度は5倍、出力は6倍となり、走行距離は16％伸びるという。

「私たちはこのセルの生産を、我々の10ギガワット試験製造工場で間もなく開始します」と、Teslaのパワートレーンおよびエネルギー工学上級副社長であるDrew Baglino（ドリュー・バグリーノ）氏はいう。

ただし、この新しいセルの製造システムは、まだ稼働していない。試験製造工場で「まもなく取りかかる」段階だとマスク氏は念を押した。

従来のバッテリーは、陽極、陰極、セパレーターの3つの要素で構成されている。この基本構造に加えて、セルのエネルギーを外部電源につなぐためのタブがある。大きなフォーマットのリチウムイオンセルでは、セル内のフォイルとタブは「フォイル・トゥー・タブ」溶接によって接続されている。

リチウムイオンは、陽極から陰極へセパレーターを通して移動し、バッテリーの充放電を行う。この方式は何十年も前から変わらず、変わった部分といえばほとんどが素材科学に関連するものと、バッテリーのサイズぐらいなものだ。

従来型のリチウムイオン・バッテリーと、その要素である陽極、陰極、セパレーターを示した図。（画像クレジット：Tesla）

出力と密度を高めたことで、熱の問題が引き起こされたとバグリーノ氏は言う。

「そこが、我々のチームが克服目標に定めた課題です」とバグリーノ氏。「私たちは、この等式から熱を取り除くタブレス構造を思いつきました。これでコストは格段に下がり、製造工程もうんとシンプルになります」。

Teslaは従来のフォイルにレーザーでパターンを焼き付け、「Shingled Spiral（シングルド・スパイラル）」を通して活性物質の中で数多くの接続を可能にする。この新デザインは製造を単純化し、部品点数を減らし、電気の通り道も短くできる。そのようにしてTeslaは、主張どおり発熱を抑えているとバグリーノ氏は話していた。

「円筒形にして電極を排除したことで、巻きとコーティングの工程が劇的に簡単になり、発熱対策と性能の面で高い性能を発揮します」とバグリーノ氏。

マスク氏も同意している。「タブがあることで大変な苦労を背負ってきた」とイベントで話していた。

電子の移動距離が短くなってセルの熱問題は縮小し、大型のタブレスセルでも電子の通り道は短くなると、マスク氏はいう。彼は、セルが大きくなっても、小さなタブ付きのセルよりも重量出力比は優れていると説明していた。

「とても難しい仕事です」とマスク氏。「誰もやったことがない。だから、タブレスセルなんてものをどうやって作り、実際に使えるものにして、トップキャップに接続するのか、それを考え出すために、Teslaのエンジニアは本当に大変な苦労を強いられることになります」。

これは、世界を再生可能エネルギーに大きく近づけようとするTeslaの冒険の旅の中で、電気貯蔵技術向上のための数あるステップの第一歩だ。

「数多くの試行錯誤をすることになりますが、ここまでたどり着けたことを大変に嬉しく思います」とバグリーノ氏は話していた。

関連記事
・イーロン・マスク氏がバッテリーの技術革新でテスラの電気自動車が約260万円になると発言
・未来のテスラ車のバッテリーは車体と一体構造で剛性、効率、安全性、コストを改善
・イーロン・マスクが2021年後半発売のフラッグシップセダンTesla Model S Plaidを公表

カテゴリー：モビリティ

タグ：Tesla　バッテリー

［原文へ］

（翻訳：金井哲夫）