なぜリチウムイオン式の車両始動用バッテリーは広く使われていないのですか？

したがって、車のバッテリーについて話す際には、従来の内燃機関駆動車の始動を助け、電力を供給するための重要な器官である「スターターバッテリー」について話していることを理解しましょう。これらは、EVが走行距離と動力に使用する大型のトラクションバッテリーとは別に存在します。リチウムイオン（Li-Ion）技術はさまざまな用途でますます頻繁に使用されていますが、車のスターターバッテリーに関してはそれほど一般的ではありません。本稿では、その背景にある技術的・経済的・物流的な課題を検討し、なぜリチウムイオンバッテリーがこの分野で広く普及していないのかという全体像を探ります。

スターターバッテリーの役割とは？

自動車に使用される始動用バッテリーは、エンジンの始動と燃焼を開始するための短時間の高出力供給を目的として設計されています。また、極寒の冬や灼熱の夏といった厳しい環境下でも最適な性能を発揮し、車両の電子システムと調和して動作する必要があります。長距離走行を実現するEVバッテリーがエネルギー密度の高さを重視して最適化されているのとは対照的に、エンジン始動用バッテリーには出力密度と高負荷サイクルにおける寿命というまったく異なる要件があります。この点は極めて重要であり、今後こうした用途に適用を目指すあらゆる新技術が比較・評価される際のベンチマークとなります。リチウムイオン技術自体は一般的に成熟していますが、このような用途に適用しようとすると、以下で触れるさまざまな問題に直面します。

技術的および性能上の制限

リチウムイオン電池は採用されており、従来の鉛蓄電池よりもエネルギー密度が高く、重量も軽い。しかし多くの用途において、これらの利点はそれほど意味を持たない場合もある。別の問題として、高温および低温環境下での性能がある。寒冷地ではリチウムイオン電池は始動用クランキングアンペア数が限られるため扱いにくく、車両の始動に十分な電力を供給できない可能性がある。一方で、鉛蓄電池はそうした条件下でも安定して強い性能を発揮し、気温が低くなっても常に電力を供給できる。さらに、上記のリチウムイオン電池は、不慣れな車両内で充電する際に、過充電防止のための複雑な電圧監視装置や過放電防止装置が必要となる。例えば、そのような車両でははるかに単純な鉛蓄電池用検出器しか必要としない場合などである。リチウムイオン電池はまた、細かく監視および管理を行わなければならず、さもないと損傷したり破壊されたりする危険があり、これによりさらに複雑さとコストが増加する。

経済性と安全性の懸念

価格はリチウムイオン始動用バッテリーにおけるもう一つの問題です。リチウムイオンバッテリーは、長年にわたる改良と規模の経済効果により成熟した鉛酸バッテリーよりも大幅に高コストで製造されます。それにもかかわらず、現時点でも鉛酸バッテリーは大多数のエンドユーザーおよび製造業者にとって「ぎりぎり十分」な性能しかありません。安全性も重要な要因です。リチウムイオンバッテリーは、バッテリーが貫通、加熱または短絡した場合に危険であり、安全ではない可能性があります。このため、決して完全に安全とは言えないものの、鉛酸バッテリーの方が過酷な（自動車用）使用条件下でより安全・安定していることも、リチウムイオンバッテリーが大量生産向けの始動用バッテリーとして経済的・安全性の観点から適していない理由の一つです。

鉛酸バッテリーの普及

自動車の始動電源として、リード酸蓄電池が100年以上もの間使われ続けているのには理由があります。これらのバッテリーは非常に信頼性が高く、放電による著しい劣化を伴うことなく、エンジンを始動させるために必要な高電流を供給できます。さらに、この技術は成熟しており、公開されている研究によると、使用済み材料の大部分を再利用できる製造およびリサイクルプロセスがすでに確立されており、持続可能であるとされています。また、リード酸蓄電池は既存の車両アーキテクチャに適合し、充電ステーションや電気インフラなどにおいて大きなシステム変更を必要としないという点でも優れています。もちろん、他の技術や工場への容易な導入が可能なことと、低コストであることが、これを選択する明らかな理由となっています。結局のところ、既に定着しているリード酸蓄電池技術が消費者に安心を提供している以上、自動車業界が始動用バッテリーをリチウムイオン電池に切り替えることで得られるメリットはほとんどありません。

今後の展望および業界のトレンド

将来的には、始動用バッテリーにおいてそれらすべてが異なる展開となる可能性があるが、これらの変化は僅かにとどまると予想される。しかし、リチウムイオン電池の化学組成、特にリン酸鉄リチウム系派生物のさまざまな種類の改良により、安全性やコスト効率が向上しているため、こうした制限は次第に克服されつつある。産業関係者によると、この技術はさらに進化する必要があり、また業界の慣行や消費者がそれに適応しなければならない。車両に電子機能がますます追加され、ハイブリッド化が進むにつれて、始動用バッテリーへの需要も変化し、リチウムイオン電池にとって新たなチャンスが生まれる可能性がある。しかし、短中期的には依然としてリード・アシッド（鉛蓄）電池が主流であり続けるだろう。なぜなら、既存のインフラが整っており、経済的な利点を提供しているからである。新しい技術への移行は、創造性と機能的必然性が入り混じったものになるだろう。

要約すると、リチウムイオン車載用バッテリーは、性能上の制限やコスト面の影響、安全性への懸念、および鉛酸技術が非常に強固な既存の基盤を持っていることから、スタート・ストップ用途では普及していません。リチウムイオンは他の用途において有望な技術ですが、従来の自動車始動用途への適用はまだ限定的です。これらの状況が、革新が他の分野で開発され続けている一方で、自動車業界では実績のある既存の解決策が依然として採用される理由を説明しています。