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リチウム充電池を作った3名がノーベル化学賞を共有

毎朝メールをチェックしたりInstagramを見たり友だちにテキスティングしたりするたびに、スマートフォンに新しい単3形電池を2つ入れなければならないとしたら、モバイル革命はちっとも革命にならなかっただろう。しかし運よく充電できるリチウムイオン電池が発明された。そしてそのための、3人の男の何十年にもおよぶ労苦にノーベル化学賞が贈られた。

今年の受賞者である、M. Stanley Whittingham(マイケル・スタンリー・ウィッティンガム)氏、John Goodenough氏(ジョン・グッドイナフ)氏、そして吉野 彰氏らは全員が現在の最も一般的な可搬性電源の開発に貢献した。彼らとその先人たちおよび後続者たちがいなければ、私たちはもっと無駄の多い、あるいは定置型のエネルギー源に縛られていただろう。

電池の進化には1世紀近くという長い時間を要した。電池の次のレベルとして、リチウムという軽量で電気特性のいい金属に着目するまで私たちはほぼ1世紀近く、鉛と希硫酸を使った電池(鉛酸蓄電池)を使用していた。しかしリチウムは空気や水とすぐに反応するので、それと組み合わせる適切な基材を見つけることが難題だった。

50年代と60年代の実験が、その後のもっと的を絞った研究、とくにウィッティンガム氏の研究の基盤を築いた。彼とパートナーのFred Gamble(フレッド・ガンブル)氏は1976年に、リチウムイオンは電子を与えて充電状態にすると二硫化チタンの格子中へ完全にフィットすることを示した。それらはそこ(そのファンデルワールスギャップ)におとなしく、充電で電子が供給されるまで座っていた。しかしこの設計はリチウムの陽極を使うので、曲げたりつぶしたりするとすぐに反応して発火のようになった。

グッドイナフ氏と彼のチームは、リチウムイオンがより安定し、たくさんの電力を取り出せる陰極素材を開発し、実用化のための新しい可能性を開いた。ただしこの時点では、金属リチウムの陽極が曲げたりつぶしたりするとすぐに反応してしまう性質はそのままなので、電池をさらに安全で使いやすくするための研究が進んだ。

yoshino battery

1985年に、吉野氏の研究から、高性能かつ物理的にも丈夫で安定性の高い素材がいくつか発見された。それらの名前は、化学の知識のない人にとってはどれも、ちんぷんかんぷんである。

その後、数多くの改良が加えられたが、技術の必要不可欠な基礎を作ったのがこの3名だ。そしてリチウムイオン電池が安全で容量が大きく何百回も充電できるとわかってからは、ラップトップや医療機器、そして最終的にはモバイルの電話機に採用された。リチウム電池の開発の初期から30年以上経つ現在では、運輸交通のためのエネルギー保存媒体としても選ばれ、ガソリンに代わりつつある。

今年のノーベル化学賞の賞金は、この技術を理論から商業的現実へと最も強力に前進させた3名の研究に3等分された。しかし重要なのはその賞金の金額ではなく、人類の歴史に名を残す非凡な栄誉を獲得したことだ。

画像クレジット: Niklas Elmehed. © Nobel Media.

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(翻訳:iwatani、a.k.a. hiwa