バッテリー科学の歴史はショートや爆発で満ちている。そして、ときにはそこに再生の物語が加わる。そのうちのひとつが、リン酸鉄リチウムバッテリー、いわゆるLFPバッテリーの物語だ。
LFP（Fはラテン語で鉄を表す）はテキサス大学のジョン・グッドイナフのラボで優れたバッテリー素材として発見された。グッドイナフ（現在99歳）は伝説的なバッテリー研究者で、カソード（バッテリーの充電および使用時にリチウムイオンを捕捉および解放するクリスタル構造）を発明したことで知られている。それがあったからこそ、1991年に初の商用リチウムイオンバッテリーが開発されたのだ。
その数年後に登場したLFPは、先代のリチウムイオンに比べて数多くの利点があると考えられた。カソードは安定していて長持ちするので電気自動車（EV）のバッテリーに適していると予想できた。それに、グッドイナフによる旧式のカソードとは違って、比較的高価な金属であるコバルトを必要としない。普通の鉄で充分だ。
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しかし、ヴェンカート・スリニヴァサンが2000年代の初頭にポスドクとしてLFPの研究を始めたところ、複数の顧問たちが何かほかの研究をするように提案した。「みんな『何でそんなことをしているんだ？』って言うんです」と、スリニヴァサンは回想する。
数多くの利点にもかかわらず、LFPの未来は暗かった。政府は熱心に電気自動車の新市場とLFPバッテリー産業を育てようとして、多額の資金を注ぎ込んだのだが、電気自動車の普及が期待したほど進まなかったため、バッテリー需要も伸びなかったのだ。そうこうするうちに、コバルトとニッケルを利用してさらに多くのエネルギーを蓄えることができる新型バッテリーが開発され、主流になっていた。
ところが奇妙なことに、20年後のいま、LFPが至る所で利用されている。イーロン・マスクのおかげだ。この1年、テスラのCEOであるマスクは古いバッテリー技術への転換の必要性を大々的に発表してきた。バッテリー需要が急増したことで、主にコバルトとニッケルの供給が追いつかなくなってきたからだ。
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この取り組みでテスラのパートナーに選ばれたのが、中国で大規模にバッテリーを生産しているCATLだ。中国では長年にわたってLFPの開発が続けられ、ファミリー向けセダン車に電力を供給できるほど改良されていたのである。現在使われている主なカソード化学物質のほとんどと同様、LFPバッテリーも欧米のラボで開発されたが、その未来は中国が握っている。ベンチマーク・ミネラルズによると、現在LFPバッテリーセルの90％が中国で製造されているそうだ。スリニヴァサンに言わせれば、米国にとって「LFPは逃した機会」なのだ。
「アジア諸国との交渉はごめんだ」
現在スリニヴァサンは、アルゴンヌ国立研究所のエネルギー貯蔵科学コラボレーションセンターの長を務め、同様の機会損失を防ぐ目的で政府主導のプロジェクトを率いている。
Liブリッジと呼ばれるそのプログラムは、21年秋にバイデン政権が新車販売の50％を電気自動車にするという目標を掲げたことをきっかけに立ち上げられた。政府は、米国は海外、とりわけ中国からのみ調達可能なバッテリー技術にあまりにも多くを投資していると主張する。現在、半導体危機が深刻で、工場の前にできた行列の先頭にいないとマイクロチップが手に入らない状況が続いているが、自動車メーカーはバッテリーでもそのような事態になるのではないかと恐れているのだ。
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「供給を確保するためにアジア諸国を相手に交渉をしなければならなくなるのだけは、本当にごめんだ」と、21年12月にある会議で発言したのはフォードでEVの資材調達を担当するロバート・シルプだ。「国内で製造すべきだ」。それができなければ、米国の自動車メーカーは顧客のEV需要を満たせなくなるかもしれない。
そのような警告に、バッテリー業界も気づいたようだ。21年12月、GMが韓国でカソードの材料を扱うポスコケミカルと提携して米国の工場でカソードの材料を生産する計画を発表した。バッテリー産業は米国と同様に遅れているヨーロッパでも、フォルクスワーゲンがベルギーの材料会社ユミコアと手を結んだ。
9月には、バッテリー素材のリサイクルで知られるレッドウッド・マテリアルズがカソード製造事業への参入を発表し、2030年までにEV500万台分のカソードを米国の工場で製造する計画を明らかにした。それらは始まりに過ぎない、とスリニヴァサンは言い、こう付け加えた。「どの発表もすばらしいことです。でもまだまだ足りません。あと20ほど、同じような発表がないと」
高ニッケル低コバルトのカソード
最近までは、米国ではバッテリーセルの組立工場に力が入れられてきた。自動車メーカーにバッテリーが届けられる前の最後のステップだ。しかし、バッテリー製造のネックはもっと早い段階にある。特に重要なのがカソード用の材料の生産で、バッテリーの製造コストや炭素放出量を大きく左右するステップだ。カソードに用いられる物質が実際にクルマの部品となるまでに移動しなければならない距離が、コストと炭素放出量を決める最大の要素だからだ。カソードの材料物質は、鉱夫から加工業者、精錬所など世界中の数多くの手を通過して、最終的にメーカーによってカソードに加工されるのである。
そのなかには、自国へ移しやすい工程もあれば、移しにくい工程もある。材料となる鉱物が採れる場所は？ もちろん固定されていて、動かすことはできない。世界で流通しているコバルトの大部分はコンゴ民主共和国で、ニッケルはロシアやインドネシアで産出され、バッテリーメーカーはアンデスの塩湖で採れるリチウムの権利を巡って入札合戦を繰り広げている。
米国にも少量ではあるがニッケルとコバルトが、リチウムにいたってはかなりの量が埋蔵されているが、採掘による環境問題が懸念されるため、実際に採掘が始まり軌道に乗るまでは何年もかかるだろう（最近、テスラがミネソタ州北部にある採鉱予定地で採れるニッケルとコバルトを買うと発表した）。
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自動車メーカーは自社のクルマに使うカソードの選択を通じて、どの資源を重視するかを示すことができる。しかしスリニヴァサンの考えでは、取捨選択は簡単なことではなく、カソードの化学にわずかな変化を加えるだけでサプライチェーンの根本的な見直しが必要になるケースも考えられる。
例えば、バッテリーに使うコバルトの量を減らせば、ニッケルを増やさなければならなくなる。加えて、材料の製造方法が変わるので、リチウムのサプライチェーンも刷新しなければならないだろう（ちなみに、バッテリーメーカーは低い温度で分解する炭酸リチウムではなく、水酸化リチウムを好む）。
材料不足に直面している米国の自動車メーカーは、高ニッケル低コバルトのカソードを好む。そのようなカソードのほうがLFPに切り替えた場合よりも走行距離が伸びるからだ。「エネルギー密度の点でニッケルに勝る金属はありません」と、レッドウッドでバッテリー素材部門の上級副社長を務めるアラン・ネルソンは言う。高ニッケル低コバルトタイプのカソードの製造を計画しているレッドウッドにとっては、その設計が理にかなっているそうだ。
なぜなら、リサイクル素材を利用するというアプローチのおかげで、同社は外部からコバルトを調達する必要がないからだ。バッテリー業界でとても優位なポジションだと言える。しかしその一方で、同社はニッケルの供給源を見つけなければならない。ほぼ間違いなく、外国の鉱脈に頼ることになるだろう。
需要でも中国がリードしている
バッテリーコンサルタント会社であるサーキュラー・エナジー・ストレージを立ち上げたハンス・エリック・メリンによると、バッテリー製造において中国が優位な点は、中国のほうが米国やヨーロッパよりもEVに対する需要が高い点にある。
「普及しているのはどこ？ リソースはどこ？ リーダーはどこ？」とメリンは問いかける。需要でも中国がリードしているという点は、新しいバッテリー技術で誰がリーダーになるかという問いにも影響してくると、メリンは考える。中国のバッテリーメーカーのほうが、新しい組成を大規模に試し、生産しやすいからだ。
21年、CATLが今後はクルマ用のナトリウムイオンバッテリーの製造に力を入れると発表したが、メリンによると、これもまたかつてヨーロッパで開発された古い、ほぼ忘れ去られた技術を再生して、大きく発展させようとする試みである。
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戦略国際問題研究所に所属するエネルギーおよび地政学の専門家であるニコス・ツァフォスの考えでは、中国が有する需要という優位性は、主にLFPバッテリー搭載の短距離自動車に当てはまる。しかし、米国はギャップを埋めることができるはずだと、ツァフォスは指摘する。バイデン政権がコバルトとニッケルへの依存を減らすことを戦略目標にしているのなら、その方向へもっと力を入れるべきだろう。
例えば、LFPバッテリーを積んだクルマを買う人には税を控除する、などといった方策が考えられる。ツァフォスは言う。「目標があるのに、その目標に一致しない政策をとるのは、あまり意味がありません。『バッテリーはどれも同じではない』ということです」
加えて、米国は新技術を取り逃がす失敗を避けることにも力を入れるべきだろう。Liブリッジのスリニヴァサンによると、バッテリーを現在よりもパワフルで長持ちにする技術として専門家たちが期待を寄せているシリコンアノードや固体電解質の研究では米国がリードしているという。しかし、ラボで画期的な成果が得られたからといって、それだけで製品化が成功するわけではないと、スリニヴァサンは指摘する。
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新型のバッテリーをつくるのに欠かせない一般部品や、大量に確保しなければならなくなるであろう希少物質を見極め、そのサプライチェーンに前もって計画的に投資する用意周到さも必要になる。完璧な全固体電池を実現するには、少量のジルコニウムまたはバナジウムが必要になると考えられる。スリニヴァサンはこう言う。「繰り返しになりますが、ジルコニウムをどこで手に入れるのでしょうか？」
（WIRED US/Translation by Kei Hasegawa, LIBER/Edit by Michiaki Matsushima）