日々の移動は、地球に害を与えています。しかし、バッテリーテクノロジー、パフォーマンス、安全性、リサイクル機能の進歩により、より一層持続可能なエネルギーシステムへのグローバル移行を促進することで、地球の回復に役立てることができます。

国際エネルギー機関（IEA)のデータによれば、輸送全体がグローバルなCO2の4分の1近くに責任を負っているとのことです。乗用車、バス、トラックなどの車両は、その数字の4分の3を占めています。航空機および船舶は輸送総排出量の約11%を占め、鉄道はわずか1%強となっています[1]。

超国家的なグローバル企業は、気候変動への対処するために緊急の行動を呼びかけている一方、各国政府、そして個々の都市でも、CO2や二酸化窒素などの有害な排出への暴露を制限するために、すでに独自の前向きな措置を講じ始めているところがあります。

英国政府は、30億英ポンド（39億米ドル）のクリーンエアー戦略の一環として、2040年からガソリン車とディーゼル車およびワゴン車の新車販売を禁止する計画を立てています。フランスでは、2040年までにガソリン車とディーゼル車の販売を打ち切ることを宣誓しています。一方デンマークでは、2030年までにガソリン車とディーゼル車の新車の完全禁止、2035年までにはハイブリッド車の新車の撤廃を提案しています。当面、パリ、マドリッド、メキシコシティ、アテネの市長は、2025年までに市内中心部から最も汚染度の高いディーゼル車の進入を禁止する計画を立てていると述べています。[2]

しかし、他のどの種類よりも速い速度で輸送の排出量は増加しており[3]、都市が引き続き拡大する中、輸送への需要が今後も増大することは間違いないことから、より、クリーンでかつより環境に優しいモビリティソリューションへの必要性がこれまでになく高まっています。

何十年もの間、電気自動車（EV）はこの難しい問題に応えるものとしてもてはやされてきました。いろいろな意味で、電気自動車は最終的に混乱を引き起こすようなイノベーションです。核融合など、他の根本的変化をもたらすような技術と異なり[4]、e-モビリティの背後にある基本テクノロジーはすでに世界中に存在し、配置されています。それでありながら、いわゆるe-モビリティは、今だにその約束された可能性の実現までには至っていません。

しかし、にわかに起こったバッテリー技術の最近の進歩により、電気自動車革命のペースが速まっていることから、ついにe-モビリティが主流へと押されそうです。

将来を牽引する 電気自動車

e-モビリティの利点は明らかです。電化は、道路輸送にとって鍵を握る脱炭素化手段です。使用中の電気自動車の排出量は、現在のところ、パワーミックスにもよりますが、燃焼エンジンより30%～60%少なくなっています[5]。

また、電気自動車とその動力源となっているバッテリーにより、道路車両における化石燃料が排除されるだけでなく、断続的な再生可能エネルギーのより多くの部分がグリッドシステムに参入できるようになります。特に天気が良かったり、または風が強い場合、再生可能電力の供給はグリッド電力の需要を上回ることができます。一方、バッテリーは数時間または数日間、エネルギーを保存できます。

さらに、バッテリー材料は回収・再生が可能です。[6] その中にはエネルギー生産に使用される際に、燃焼すると永遠に失われる化石燃料と異なり、無限に回収・再生できるものもあります。

実際、IEAのクリーンエネルギーの進展動向報告書によると、電気自動車は、2015年のパリ気候協定におけるグローバルな誓約に則った持続可能な開発シナリオ[7]を満たす上で、45あるエネルギー技術および部門のうち、軌道に乗っている、わずか7部門中の1部門となっています。

この統計は実に力づけられるものです。Global EV Outlook 2019によると、グローバルな電気自動車の売上の割合は、2018年の新車売上の2.5%以上に上昇したとのことです[8]。グローバル電気自動車車両は、2017年の310万人台から510台を超えており、その増加率は63%となっています[9]。世界的な乗客車の占める割合ということでは、IEAは、2020年の0.8％から2030年までには、ほぼ15％にまで増大すると予測しています[10]。

専門家は、電気自動車市場は予測可能な将来に対して、拡大し続けるものと予見しています。BloombergNEFの年次レポートである最新版のElectric Vehicle Outlook(電気自動車の予測)では、乗用車用電気自動車販売は、2025年に1,000万台、2030年には2,800万台、2040年までに5,600万台に上昇するものと予想しています[11]。Bloombergはまた、電気自動車販売占有率は、2030年代中頃までには内燃機関（ICE）販売を超えるであろうと予測しています。

しかし、電気自動車の人気は上昇しつつあり、排出量削減目標に大きな影響を与える可能性があるものの、その可能性はe-モビリティが例外的なものではなく、普通となった場合にのみ実現されるものです。そして、その闘いに勝つことは、一世紀以上にわたる従来の内燃機関（ICE）に対する親しみと忠誠心と信頼を克服することを意味します。もちろん電気自動車の採用を妨げている、ごく最近の先入観および技術的およびインフラ上の課題はいうまでもありません。

変化する認識

英国政府の運輸省(DoT) が行った2016年の電気自動車に対する運転者の態度に関する調査[12]において、消費者が電気自動車を購入するのを思いとどまる3つの主な要因は、利用可能な充電ポイントの数、1回の充電で移動できる距離、購入時点での費用を挙げてあるということを研究者は発見しました。

これらの3つの問題のすべては詰まるところ同じ問題、すなわちバッテリーに行き当たります。電車や路面電車と異なり、道路車両は外部電源との接続を備えるわけにはいきません。そのため、バッテリーという形で、可能なエネルギーのすべてを持ち運ぶ必要があります。実際のところ、モビリティ電化の成功において、バッテリーの重要性を語り過ぎることはできないぐらいです。

バッテリーは電気車両において、はるかに最大のコスト部品となっており、それにより車の移動距離が決まり、どのぐらいの回数充電が必要となるかが決定されます。バッテリーさえ解決できれば、大衆のe-モビリティの採用における3つの主な課題はゼロ排出の霧の中で消え失せます。

しかし、長い間、バッテリーは電気自動車の弱点となっています。これによりコストは高く、走行距離は短くなっており、数年前に実施された英国運輸省の調査で明らかになっているように、一種のマイナスの認識につながっています。しかし、最近のバッテリーテクノロジーの改善により、電気自動車業界に変革がもたらされることもありえ、消費者の認識が変わることで、e-モビリティーもその可能性がついに実現するかもしれません。

スーパー充電ストレージ

バッテリーは充電中は電気エネルギーを化学エネルギーに変換し、車両、ガジェット、そして最近増えてきている家庭の電力供給に使用される場合には、このプロセスは逆になります。

ほとんどのバッテリーは、陽極と陰極の2つの電極および電極に反応してエネルギーを生成する電解質から成り立っています。

電子機器の他の分野と比較して、バッテリー技術の開発は比較的遅々たるものでした[13]。最近までその進歩のほとんどは、スマートフォンやノートパソコンなどのポータブルデバイスにより牽引されてきました。過去10年にわたりe-モビリティが注目されるようになってきたことから、バッテリー技術の開発が急速に行われるようになりました。

新しいバッテリー開発上の主な研究の障害となっているものの一つが相性が良く、バッテリー設計の安全性やその他の面を損なうことなく、高レベルのエネルギー効率を生み出す電極と電解質に適した材料を見つけることです。

もう1つの難題は、バッテリーは難しい消費者の要求を満たさなくてはならないという点です。e-モビリティバッテリーにとって、このことは高電力および高エネルギー密度、長期間の自律性、長寿命、低コスト、高い安全性などの基準を同時に満たし、同時に再生が簡単であるということを意味します[14]。

バッテリーに注力する

過去20年間、リチウムイオンバッテリーが、従来のバッテリーと比較してパフォーマンス、効率性、安全性の点で優れているということで、ほとんどの電気自動車のバッテリーとして選ばれるようになりました。ただし、大きな欠点はコストでした。そしてパフォーマンスは従来のバッテリーよりも優れているものの、内燃機関の足元にも及びませんでした。

約30年前に発明されたリチウムイオンバッテリーは、陰極と陽極の間の仲介としてリチウムイオンを使用します。初期のタイプの充電式バッテリーよりも、はるかに軽量でコンパクトかつより長時間充電できることから、今では携帯電話からノートパソコン、そして電気自動車に到るまであらゆるものに使用されています。その開発において先駆者となった3名の科学者は、ごく最近の2019年10月にノーベル化学賞を受賞しました。

現在、新世代のリチウムイオン電池は、小型でコンパクトなバッテリーに大量のエネルギーを蓄積し、繰り返し再充電できるようになったことから、e-モビリティおよびその他の部門に劇的な影響を及ぼしています。

例えば、2019年4月に英国で発売された小型乗用車であるゼネラルモーターズのモデルであるVauxhall Corsa Eは209マイル[15]の走行距離をもっていますが、これは1回の充電でロンドンとマンチェスター間を運転するのに十分な距離です。一部の高級電気自動車の中には、1回の充電でさらに長い距離を走行できるものもあります。米国の電気自動車のスタートアップであるRivian は、1回の充電で410キロ走行できる180キロワット時間の容量のバッテリー パックを備えたRTIを発売予定です。これはマンハッタンからモントリオール、またはアブダビからマスカットまで移動するのに十分過ぎるほどの距離です。

ベストセラーであるプリウスでハイブリッドの電気自動車市場を真っ先に開拓し、水素燃料車で画期的な進歩を遂げているトヨタは、2020年代早期には10の電気自動車を中国を皮切りに、日本、インド、米国、欧州へと販売していく予定です。同社は2025年までに550万台の電気自動車の販売を目指しています[16]。

今後数年間におよぶ技術的進歩により、市場は間違いなくさらに進歩すると見られています。会計会社のBDOが行った分析によると、2018年には世界の上位20社の自動車メーカーは電気自動車と自動走行車への移行を加速化する中、研究開発に860億米ドルを支出したことが明らかになっています。これは前年の820億米ドルから増加しています。[17]そしてこの数字には、電気自動車を専門とするまたは重点を置いている数多くの中小自動車メーカーは含まれていません。

バッテリーを巡って現在起こっているイノベーションの多くは、建設用に使用される材料に関わるものです。バッテリー研究者は、バッテリーを安価で、密度が高く、さらに軽量で、より強力で、持続可能なものにするため、さまざまな材料と化学物質で常に実験しています。いわゆる「次世代」のリチウムイオンバッテリーは研究の主要分野です。例えば、テスラは、はるかに寿命の長い、添加剤を添加したリチウムイオンバッテリー電池の特許を申請しています[18]。同社はまた、伝えられるところによればリチウム鉄リン酸塩（LifePO4）から作られた陰極によるバッテリーを開発中ということです[19]。このいわゆるLFPバッテリーでは、高価で環境上破壊的であるコバルトを使用していないとのことです。LFPバッテリーはまた、従来のリチウムイオンセルよりも高い充電・放電率と長寿命となっています。

より安全で、より強力に

科学者は、新しい活物質ファミリーを用いて、リチウムイオンバッテリーの限界の壁を越える様々な方法を探し求めています[20]。2019年、IBM Researchは、ニッケルやコバルトのような重金属を使用せず、リチウムイオン技術を凌ぐ可能性をもった、新しくより持続可能なバッテリー化学を発見したと発表しました。IBMは、このバッテリーで使用されているすべての材料は標準的な海水から抽出することができるもので、バッテリーの環境への影響大幅に減らすことができるとしています。

もう一つの重点分野は、液体ではなく「ドライ」な不可燃性の電解質を使用するバッテリー技術です。これらのいわゆる固体バッテリーは、安全性とパフォーマンスの両方において、未来のバッテリーであると多くの人が考えています。

2020年2月、メルセデスベンツは、固体かつ不燃性の電解質を使った次世代リチウムバッテリーを開発するため、カナダの電気会社Hydro-Québecとパートナーシップを結んだと発表しました[21]。前月に、このカナダの電気会社は、ガラス電解質を使った固体バッテリーを商業化するため、テキサス大学およびリチウムイオンバッテリーのパイオニア（兼ノーベル賞受賞者）であるジョン・グッドイナフとの別個のパートナーシップを発表しています[22]。

同様に、2020年2月、トヨタは電気自動車（EV）のプリズム・リチウムイオバッテリーおよび固体バッテリーなどのより高度なエネルギー貯蔵ソリューションの開発と生産に特化した電子機器の巨大企業パナソニックとの合弁事業を発表しました[23]。

その一方、2020年3月、Samsung Advanced Institute of TechnologyおよびSamsung R&D Institute Japanは、1回の充電で500マイル（800km）の電気自動車の走行距離を実現できる固体バッテリーを開発したと発表しました。バッテリーのプロトタイプはまた、これまでより寿命が長く、1,000回以上の充電によるサイクルライフをもち、また全体的な安全性も高まっていると研究チームは語っています[24]。

電気自動車のイノベーションにやや異なるアプローチを取っているもう一つの革新者は、米国を拠点とする電気自動車のスタートアップRivianで、ここにアブドゥ・ラティフ・ジャミールは初期投資しています。その新製品ラインアップには、名目上の走行距離約190マイルの105kWhリチウムイオンバッテリスタック、または400マイル以上走行できる超大型の180kWhバッテリーの2つのオプションがあります。多くの早期の顧客がこれらの大型電気自動車の到来を心待ちにしている一方、Rivianの真の才はバッテリーだけではなく、会社の革新的な「スケートボード」シャーシにも伺われます。

これは車両のクアッドモーター、独立したエアサスペンション、油圧ロール制御システム、およびリチウムイオンバッテリーを収納しています[25]。 Rivianの柔軟なプラットフォームには、人工知能を使用して各車両のバッテリー寿命を延長する、インテリジェントバッテリー管理システムも含まれます。人工知能（AI）は、新しい車の所有者の車両の運転方法と充電方法を観察してから、寿命をできるだけ長くするため様々なパラメータを調節します。個々の所有者向けにパーソナライズされた、よりスマートな充電戦略により、Rivianのバッテリー寿命は最大3倍まで伸ばせると報告されています[26]。

前もって充電すること！

大手プレイヤーが数々のバッテリーイノベーションを発表している間でも、世界中の研究所やスペシャリストスタートによる新しい研究が、バッテリーテクノロジーの境界をこれまでにないほど押し広げています。

例えば、米国ペンシルベニア州立大学の研究者[27]は、わずか10分ほど充電するだけで200マイル以上が実現する技術を開発しています。通常の自宅での充電ポイントを使用した場合に、普通の電気自動車がゼロから完全充電になるまでの時間は通常約8時間です[28]。

「道路沿いのあちこちに高速充電インフラストラクチャがある場合、運転者は走行距離について心配する必要がなくなります。1回の充電で200～300マイルを運転した後、10分間充電して、またさらに200～300マイルを走行できます」と研究を率いたチャオ・ヤン・ワン（Chao-Yang Wang）博士は語ります[29]。

英国ケンブリッジに拠点を置くEchion Technologiesは、わずか6分で充電可能な高容量リチウムバッテリーの新しい陽極を開発したとこの2月に語っています[30]。それに負けることなく、韓国の研究者チームは、同じ月に自社のシリコン陽極では5分で80%充電すると発表しました[31]。

需要が高まるにつれ価格が下がる

BloombergNEFの予想によると、今後10年間に電気自動車のリチウムイオンバッテリーの年間需要は幾何学的に増大し、2030年までには年間1,748GWhを超えるであろうということです[32]。あらゆる用途におけるバッテリーの総需要は、2018年にはわずか180GWhでした[33]。

乗用車および商用車を合せると、2030年までに世界中のバッテリー需要の約83%を占めるであろう予測されます[34]。

需要なバッテリー技術の推進を促し、コストは2019年の1米ドル 176/kWhから2025年には1米ドル 87/kWhへと減少し、2030年には、1米ドル 62/kWhまで下がると予想されます。[35]これにより電気自動車は大衆市場にとってより魅力的なものになることでしょう。

2015年に米国で製造された中型車両の場合、バッテリーは車の総コストの57%を占めました。2019年には、その数字は33%となり、2025年までにはバッテリーは総価格タグの20%のみを占める予定です[36]。

デロイトのコンサルタントによると、2022年は電気自動車の所有・運転コストが内燃機関と同じになる「当たり年」になると予測されています。「所有コストが購入の障壁とならなくなることで、電気自動車は、新車購入者にとって現実的で実行可能なオプションとなります[37]。」

デロイトの予測が正しく、かつ電気自動車が消費者の懐疑心を何とか説得し、世界中のドライブウェイと駐車場における支配的な車となった場合、それはバッテリ技術が大きく貢献したことによるものであるといえます。

車両への電力供給を最大化する必須の触媒である謎めいたブラックボックスは、所有者に安心をもたらし、またメーカーにとっては現金をもたらすものです。

[1] https://www.iea.org/reports/renewables-2019/transport

[2] https://www.unenvironment.org/news-and-stories/story/gearing-change-transport-sector-feels-heat-over-emissions

[3] https://www.unenvironment.org/news-and-stories/story/gearing-change-transport-sector-feels-heat-over-emissions

[4] https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-50267017

[5] http://www3.weforum.org/docs/WEF_A_Vision_for_a_Sustainable_Battery_Value_Chain_in_2030_Report.pdf

[6] https://ec.europa.eu/environment/integration/research/newsalert/pdf/towards_the_battery_of_the_future_FB20_en.pdf

[7] https://www.iea.org/topics/tracking-clean-energy-progress

[8] https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2019

[9]https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/industries/automotive%20and%20assembly/our%20insights/the%20road%20ahead%20for%20e%20mobility/the-road-ahead-for-e-mobility-vf.ashx

[10] https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/electric-car-market-share-in-the-sustainable-development-scenario-2000-2030

[11] https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/

[12] https://www.gov.uk/government/statistics/public-attitudes-towards-electric-vehicles-2016

[13] https://ec.europa.eu/environment/integration/research/newsalert/pdf/towards_the_battery_of_the_future_FB20_en.pdf

[14] https://www.nature.com/articles/nmat4777

[15] https://www.vauxhall.co.uk/cars/new-corsa/electric.html

[16] https://www.toyota-europe.com/world-of-toyota/feel/environment/better-air/electric-vehicle

[17] https://www.bdo.co.uk/en-gb/news/2019/top-20-carmakers-r-d-spend-tops-70bn-in-a-year

[18] https://www.businessinsider.com/million-mile-battery-tesla-miles-lifetime-2019-11?r=US&IR=T

[19] https://www.reuters.com/article/us-tesla-china-electric-exclusive/exclusive-tesla-in-talks-to-use-catls-cobalt-free-batteries-in-china-made-cars-sources-idUSKBN20C0RP

[20] https://www.saftbatteries.com/media-resources/our-stories/three-battery-technologies-could-power-future

[21] http://news.hydroquebec.com/en/press-releases/1580/hydro-quebec-partners-with-mercedes-benz-on-development-of-solid-state-battery-technologies/

[22] https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/batteries-storage/john-goodenough-glass-battery-news-hydroquebec

[23] https://global.toyota/en/newsroom/corporate/31477926.html

[24] https://news.samsung.com/global/samsung-presents-groundbreaking-all-solid-state-battery-technology-to-nature-energy

[25] https://rivian.com/technology/

 [27] https://news.psu.edu/story/594641/2019/10/30/research/and-out-10-minute-electrical-vehicle-recharge

[28] https://pod-point.com/guides/driver/how-long-to-charge-an-electric-car

[29] https://www.theguardian.com/environment/2019/oct/30/electric-cars-could-be-charged-in-10-minutes-in-future-finds-research

[30] https://echiontech.com/news.php

[31] https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/nrco-krd022120.php

[32] https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/

[33] http://www3.weforum.org/docs/WEF_A_Vision_for_a_Sustainable_Battery_Value_Chain_in_2030_Report.pdf

[34] http://www3.weforum.org/docs/WEF_A_Vision_for_a_Sustainable_Battery_Value_Chain_in_2030_Report.pdf

[35] https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/

[36] https://www.bloomberg.com/opinion/newsletters/2019-04-12/electric-vehicle-battery-shrinks-and-so-does-the-total-cost-juebizw9

[37] https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/uk/Documents/manufacturing/deloitte-uk-battery-electric-vehicles.pdf