3D プリントされた電力バッテリーは、エネルギー変換の次の手段となるでしょうか?

出典：ザ・ペーパー

3D プリント技術で電気自動車のバッテリーを印刷できますか?新しい技術の応用は、新しいエネルギー時代にどのような変化や混乱をもたらすでしょうか?

現在、世界中の多くの企業が3Dプリントバッテリーの開発に取り組んでおり、市場投入を望んでいます。 3D プリントエネルギーデバイスの市場はまだ開発の初期段階にありますが、いくつかの企業がすでにこの技術の商業化を試みています。例えば、スイスの投資会社ブラックストーン・リソーシズは、2025年までに新しい3Dプリントナトリウムイオン電池を市場に投入することを目指している。固体電池技術開発企業のSakuu Corporation（旧KeraCel Inc.）も、2023年に高性能3Dプリント電池を発売する予定だ。同社は以前、第1世代の非印刷リチウム金属電池が800Wh/L（つまり、リチウムイオン電池電解質1リットルあたり800ワット時のエネルギー）のエネルギー密度を達成したことを明らかにしており、これは同社が将来、完全に3D印刷された高性能固体電池を実現するのに役立つだろう。

△サクウ全固体電池、写真提供：サクウ株式会社
英国の3DプリンターメーカーPhotocentricもこの仲間入りを果たした。同社は、3Dプリントされたバッテリー電極を含むエネルギー効率の高いストレージデバイスを設計するための専用のバッテリー研究開発部門を設立し、その技術を使用してテスラの将来のギガファクトリー向けの経済的な燃料電池を生産することを計画している。

調査会社ストラテジック・マーケット・リサーチによると、3Dプリントバッテリー市場は2020年から2030年の間に年平均成長率19.53%で拡大すると予想されている。エネルギー貯蔵の需要の継続的な増加、ウェアラブルデバイスやモノのインターネット (IoT) センサーなどの開発が、3D プリントバッテリー市場の成長を促進しています。具体的には、エネルギー効率の高いバッテリーに対する需要の高まりが、この市場の成長を促進する主な要因となっています。国際再生可能エネルギー機関（IRENA）は、2030年までに再生可能エネルギー発電を45%近くまで高めるという目標を達成するには、世界で約150ギガワットの蓄電池が必要だと述べている。

3Dプリントバッテリー市場のエンドユーザーの観点から見ると、「エネルギー貯蔵デバイス」セグメントが大きな市場シェアを占めています。エネルギー貯蔵デバイスは、ノートパソコン、携帯電話、電気自動車など、さまざまな分野で使用できます。世界の電気自動車の販売台数は、2021年に約675万台、2022年に約950万台に達すると予想されており、2020年と比較して108％増加する見込みです。

電気自動車産業の急速な発展に伴い、リチウムイオン電池は依然としてこの産業に欠かせない要素となっています。米国は2022年第1四半期に14万トン以上のリチウムイオン電池を輸入し、前四半期比153.9％増加した。この四半期に米国に輸入されたリチウムイオン電池の77.5%は中国からのものだった。そのため、アメリカの企業も輸入材料への依存をさらに減らすために、3Dプリントバッテリー技術の検討を始めています。

△6Kカンパニーより

今年5月、米国の3Dプリント材料開発企業6Kは、リチウムイオン電池市場の需要の急速な増加に対応するため、3Dプリント金属粉末とリチウム電池正極材料の生産能力を拡大するために、シリーズD資金調達で1億200万米ドルの調達に成功した。

6KのCEO、アーロン・ベント氏は、「電気自動車の成長と、通信バックアップ、データセンター、発電所などの重要なインフラからの需要により、リチウムイオン電池市場は今後10年間で10倍に成長するだろう」と語った。

△UniMeltプラズマ技術システム内部写真、写真は6Kコーポレーション提供。米国6Kコーポレーションの製品は、独自のUniMeltプラズマ技術を中心に展開している。このプロセスは、材料製造プロセス中に、リサイクルされた原材料を 3D プリント金属粉末に変換することができ、従来のガス噴霧法やプラズマ噴霧法のプロセスを効果的に置き換えることができます。同社によれば、このプロセスにより持続可能性と生産効率が向上し、コストも削減できるという。

上記技術は、6Kエネルギー事業部が2021年4月にセンターオブエクセレンスを設立し、リチウムイオン電池材料の開発に活用されました。同社によれば、プラズマ技術により、金属粉末の物理的・化学的粒子特性を直接制御することができ、より経済的な電気自動車用バッテリーパックの設計に役立つという。

この目的のため、6Kはバッテリー材料の開発、特殊冶金製品会社の買収、リチウム採掘大手のアルベマール社とのバッテリー開発協力のために5,100万ドルを調達した。 6Kは今年8月に3000万ドルを投じてバッテリーセンターオブエクセレンスを設立し、計画生産能力10～20ギガワット時の最初のバッテリーカソード工場を推進し、2024年初頭に生産を開始する予定だ。

「この革新的な技術は、エネルギー変換の実現とバッテリーバリューチェーンの最適化に役立つだろう」と、コーク・インベストメント・グループの子会社であるコーク・ストラテジック・プラットフォーム（KSP）のゼネラルマネージャー、ジェレミー・ベズデック氏は、6Kが革新的なバッテリー材料の生産とリサイクルのエコシステムを生み出し、さまざまな化学物質を使った総合的な生産に使える汎用的な技術を提供していると考えている。

しかし、全体として、3D プリントされたエネルギーデバイスの市場開発はまだ初期段階にあります。

国内では、長春交通大学高能源科技有限公司も、3Dプリントバッテリー技術を産業化した世界初の企業の1つです。同社は、3Dプリントによる電池の正極と負極の製造に革新をもたらすため、3Dプリント電池技術と3Dプリント技術に基づくデジタルインテリジェント製造ソリューションを独自に開発したと報じられている。 2021年12月、交通大学高能源科技は「複合材料用リチウムイオン電池正極3Dプリント装置」の特許ライセンスを取得した。

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