eVTOLバッテリー技術の未来は？

IBA Insight の分析によると、eVTOLの総注文数は約7,487件に達し、4,050件が受注残となっています。 この新技術の成功の秘訣は、物流輸送、捜索救助、救急医療サービス、海運、風力発電所のサービスなど、いくつかの分野での実用的な使用にあります。

 

より静かで、より少ない排出量で費用対効果の高いソリューションを提供する機会は、新たな「宇宙競争」も促進しており、参加者は既存のリーダーから業界の新興企業まで、あらゆる規模に及びます。 しかし、長期的には、合併や買収を通じて市場の所有権が徐々に変化していくことが予想され、特に、小規模なプレーヤーが結集したり、大規模なOEMに統合されたりすることが予想されます。

eVTOLにおけるリチウムの有用性

しかし、eVTOL をめぐる熱意と楽観的な見方が高まっているにもかかわらず、これらの航空機を実行可能かつ実用的なものにする上でのバッテリー技術の重要性を見落とさないことが重要です。 特にリチウムの役割は、eVTOL 業界全体を支える基礎であり、リチウムベースのバッテリー、特にリチウムイオン電池は、これらの最先端の車両に電力を供給する最前線にあります。

リチウムイオン電池はエネルギー密度が高いことで知られており、これが電気自動車、家庭用電化製品、太陽光発電の蓄電など、さまざまな用途に広く採用される原動力の ひとつとなっています。

 

エネルギー密度とは、バッテリーが単位重量または単位体積あたりに蓄えることができるエネルギー量のことを指します。 リチウムイオン電池のエネルギー密度が高いということは、eVTOL が大量の電荷を蓄えることができるため、十分な飛行距離が得られ、頻繁な充電の必要性を減らすことができます。

 

eVTOL の世界では、特にヘリコプターと地上輸送機関の間で競合する場合、航続距離がすべてとなります。そのため、航続距離が長くなればなるほど eVTOL 機能の能力と効率が向上するため、リチウムイオン電池を改善する必要性が最も重要になります。 研究開発が進むにつれて、リチウムイオン電池のエネルギー密度をさらに向上させるための継続的な努力が行われています。

リチウムイオンのその他の選択肢

しかし、リチウムイオンが唯一の選択肢ではない可能性も明らかになりつつあります。 eVTOL に電力を供給するための潜在的な候補には、リチウム硫黄電池やリチウム空気電池など、さまざまな代替形式のリチウムが含まれます。 新たな形態のリチウム技術に関する研究と試験は、飛行距離と効率の向上に対する高まる要求を満たすのに有望であることを示しています。

出典: The Faraday Institution

 

リチウム硫黄電池とリチウム空気電池は、いずれもエネルギー密度が高くなる可能性があり、一部のeVTOLの長距離航行要件に役立つ可能性があります。 これらの技術は、軽量バッテリーの開発にも貢献する可能性があり、最終的には eVTOL の効率、操縦性、騒音低減、全体的な安全性の向上に役立つでしょう。

 

リチウム硫黄は充電式電池の一種であり、その電池セルは、リチウムイオン電池の金属を多く含む正極を、より安価で豊富な元素である硫黄に置き換えたものです。 さらなる研究が必要ですが、硫黄正極材料、電解質設計、電池セル構造の進歩は、将来的にリチウム硫黄電池を加速させる可能性を秘めています。リチウム空気電池は、酸素を使ってリチウム金属負極を酸化させる、より複雑な化学反応を持っています。 これまでのところ、リチウム空気電池は主に純酸素環境 (Li-O2) に限定されており、正極、負極、および電解質が関与する副反応によりサイクル寿命が限られています。

全固体電池の使用

また、従来のリチウムイオン電池からの移行を表す全固体電池（SSB）にも多額の投資が行われている。 従来のリチウムイオン電池の限界については、経年劣化、輸送、サイクル寿命、充電時間、温度性能、コストなどの問題が詳しく報告されています。 そこで研究者らは全固体電池に注目しています。 リチウムイオン電池は液体電解質で構成されていますが、全固体電池は固体電解質を使用しています。 この基本的な構成要素の違いは、可燃性と安全性の懸念を払拭するのに役立ちます。

 

さらに、全固体電池は金属リチウム負極を採用し、より高い比容量を可能にすることで、高いエネルギー密度と長時間のエネルギー貯蔵能力を実現します。 電池設計におけるこの抜本的な進歩は、固体電池を広く商業利用するための取り組みに拍車をかけ、近い将来、変革的で持続可能なエネルギー展望をもたらすでしょう。 SSB はすでに時計や医療機器などの小型の商用アプリケーションで使用されています。

 

メーカーや開発者が空を飛ぶとき、バッテリー技術は eVTOL 航空機の開発と成功の両方において重要な役割を果たしています。 ストレージソリューションのニーズが高まるにつれ、バッテリー技術への資金と投資が急増しています。

バッテリー技術に関する追加事項

容量だけでなく、バッテリー技術の有効性も eVTOL 市場に他の影響をもたらします。 IBA Insight によると、eVTOL 航空機の新しい価格は 200 万～400 万米ドルの間であり、バッテリー寿命はその重要な決定要因であると予想されています。 航空機の主な運用コストのうち、蓄積エネルギー密度によって決まるバッテリーのコストは、製造コストに大きく影響します。

さらに、原材料の調達、飛行間の再充電時間、バッテリー1個あたり1～2年という経済的寿命の予測といった課題も、運用効率を考える上で大きな考慮が必要です。

 

IBAグループは、2022年および2023年のAviation 100 Sustainability Technology Awardを受賞したIBA NetZeroプラットフォームによって支えられたESG専門コンサルティングチームによって、航空排出量の課題をリードしています。受賞歴のある当社のバリュエーション・チームは、一般および新興航空会社の航空機の資産モデリングと減価償却動向の提供においても豊富な経験を有しています。