マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームが、現在のEVに使用されているリチウムイオン電池の3倍以上のエネルギー密度を持つ金属ナトリウム燃料電池を開発したと、2025年5月27日に発表した。この技術は1000Wh/kg以上の電力密度を実現し、電動航空機の実用化を可能にする技術として期待される。研究成果は学術誌「Joule」に掲載された。
電動航空機や船舶、鉄道などの交通分野では、重量あたりのエネルギー密度が実用化の大きな障壁となってきた。現在のリチウムイオン電池は300Wh/kg程度が上限で、電動航空機に必要とされる1000Wh/kgには遠く及ばない状況だった。
今回開発された燃料電池は、燃料として安価で広く入手可能な液体金属ナトリウムを使用し、もう一方の極には通常の空気を酸素源として利用する。中間にはセラミック材料の電解質層があり、ナトリウムイオンが自由に通過できる構造となっている。
この燃料電池の最大の特徴は、従来のバッテリーのように充電する必要がなく、燃料を迅速に補給できる点にある。研究チームは2種類のプロトタイプを製作し、実験では個々のスタックレベルで1500Wh/kg以上を記録し、システム全体レベルでは1000Wh/kg以上を実現したという。
材料科学・工学のYet-Ming Chiang教授は「人々はこれを完全にクレイジーなアイデアだと思うでしょう。もしそう思わなかったら、少しがっかりします。なぜなら、人々が最初に完全にクレイジーだと思わないなら、それは革命的ではないからです」とコメントしている。
この燃料電池のもう一つの特徴は、CO2を排出せず、逆に副産物として生成される酸化ナトリウムが大気中のCO2を吸収する点だ。酸化ナトリウムは空気中の水分と結合して水酸化ナトリウムとなり、さらにCO2と反応して炭酸ナトリウム、最終的には重曹（炭酸水素ナトリウム）に変化する。
この重曹が海洋に到達すれば、海水の酸性化を抑制する効果も期待できるという。水酸化ナトリウムを使ったCO2回収技術は既に提案されているが、製造コストが高いため経済的でなかった。しかし今回の技術では副産物として無償で得られるため、コストをかけずに環境効果を得られるとしている。
安全性の面でも、金属ナトリウムは非常に反応性が高く湿気に触れると自然発火する性質があるが、この燃料電池では一方の極が希薄な空気であるため、2つの濃縮された反応物が隣り合って存在することがなく、高いエネルギー密度を実現するためにはバッテリーより燃料電池のほうが安全だとしている。
研究チームは既にPropel Aeroという企業を設立し、MITのスタートアップインキュベーター「The Engine」で技術開発を進めている。まず大型ドローンに電力を供給できるレンガサイズの燃料電池を1年以内に実証することを目指している。
燃料として使用する金属ナトリウムは、有鉛ガソリンが一般的だった時代にノッキング防止剤として含まれていたテトラエチル鉛の製造に使われており、米国では年間20万トンの生産実績があり、大規模生産と安全な取り扱いが可能であることが実証済みだ。ナトリウムは主に塩（塩化ナトリウム）から抽出でき、世界中に豊富に存在し入手しやすいため、リチウムなどの希少材料に比べて供給面での制約も少ない。