ガジェットのノーベル賞！リチウムイオン電池が受賞

ノーベル賞は、科学の基礎的でありながら一見希少な分野にまで及ぶこともありますが、水曜日の朝に発表された化学賞は、数十億人の人々の懐に、そして家庭、オフィス、工場、自動車など、現代生活のインフラのほぼすべてに届きました。携帯電話から電気自動車まであらゆるものの鍵となる充電式リチウムイオン電池の発明により、テキサス大学オースティン校のジョン・B・グッドイナフ氏、ニューヨーク州立大学ビンガムトン校のM・スタンリー・ウィッティンガム氏、三重城大学の吉野彰氏は、メダルと賞金90万6000ドルを獲得しました。

「素晴らしい。驚きだ」と、吉野氏は受賞発表の記者会見で電話で語った。確かに、それはそうかもしれない。しかし、アメリカ化学会が9月に主催したパネルディスカッションでは、グッドイナフとリチウムイオン二次電池の受賞が予想されていた。吉野氏とこの技術は長年の有力候補だったのだ。（ゲノム編集技術「クリスパー」はダークホースだった。）

「彼らが何年もこの知らせを待っていたかどうかは分かりませんが、とても喜んでいました」と、ウィッティンガムと吉野のノーベル委員会委員で医師のヨーラン・ハンソン氏は語った。ハンソン氏によると、委員会はまだグッドイナフ氏に連絡を取っていなかったという。グッドイナフ氏は97歳で、存命のノーベル賞受賞者の中で最高齢となる。

リチウムイオン電池は現代の電子機器に欠かせない存在となっています。1991年に商業的に導入されたリチウムイオン電池は、その軽量性と高いエネルギー効率により、電子機器メーカーは携帯電話、ポータブルコンピュータ、カメラなどに搭載しています。また、この電池は大型アレイに積み重ねることができ、数百回の充放電サイクルに耐えられるため、プリウスやテスラなどの電動バイクや自動車の心臓部にも採用され、持続可能なグリーンエネルギーの頼れる存在となっています。風力や太陽光といったエネルギー源は、地球を破壊する温室効果ガスを排出しませんが、石油由来の燃料に比べると信頼性は低いです。リチウムイオン電池は、風力タービンが回転し、太陽が光電セルに光子を落とす時に充電し、そうでない時に放電することで、電力網への均等な供給を維持します。ある推計によると、世界市場規模は360億ドルで、2026年までに1100億ドル近くに達する可能性があります。

すべての電池はほぼ同じ仕組みで動作します。電子は、アノードと呼ばれる負極から、電解質と呼ばれる物質（多くの場合液体）を通って、カソードと呼ばれる正極へと流れます。この流れを回路に流すことで、デバイスに電力を供給します。1970年代半ば、当時エクソンに勤務していたウィッティンガムは、超軽量で反応性の高い金属リチウムをアノードに使う方法を考案しました。これは素晴らしいことでした。リチウムは容易に電子を放出するだけでなく、新しい電池に充電することで電子が回復するからです。しかし残念なことに、このタイプの電池は爆発しやすいという欠点もありました。

1980年、オックスフォード大学で研究していたグッドイナフと彼のチームは、酸化コバルト正極を使うとより安定したバッテリーが作れることを発見しました。その10年後、吉野のグループは、リチウムイオンが内部に留まり、バッテリー内を流れることができる、より複雑な炭素系材料を電極に用いることを開発しました。吉野はまた、以前のバージョンとは異なり、バッテリーが発火しない（少なくとも初期のバージョンほど簡単には）ことを示す試験方法も開発しました。彼のハイテクなアプローチは、バッテリーの上に何か重いものを落とすというものでした。

リチウムイオン電池は普及しているとはいえ、依然として問題を抱えています。確かに頑丈ではありますが、制御ソフトウェアの不具合や外装ケースの損傷によってリチウムが発火する可能性があります。電子を放出する電気化学的性質は、酸素との反応性を高めます。これは「非常によく燃える」という言い回しに過ぎません。そのため、飛行機の手荷物に収納することはもはや許可されていません。

また、世界はより優れたバッテリー、より軽量で小型で、より強力なバッテリー素材を使い、より速く充電できるバッテリーを待ち望んでいます。例えば、グラファイトをシリコンに置き換えたり、液体電解質をポリマーに置き換えたりといったことが考えられます。リチウムの採掘は他の資源産業と同程度、つまりそれほど環境に優しいとは言えないので、リチウムに全く頼らなくても済むようになるのは素晴らしいことです。

それでも、おそらくあなたはリチウムイオン電池を搭載したガジェットでこれを読んでいるでしょうから、受賞は納得できます。研究者たちが代替電池を模索する中で、リチウムイオン電池は進化を続けていますが、ワイヤレスイヤホン、携帯電話、ノートパソコンといった未来の世界は、リチウムイオンなしでは存在し得ません。そして、政府や産業界が進行中の気候危機を悪化させることなく電力を活用する方法を模索する中で、電池技術は鍵となるでしょう。「交通機関や電力網への電力供給といった環境への影響に関しては、私たちはまだ開発の始まりに過ぎないと思います」と、ノーベル委員会のオロフ・ラムストローム氏は発表後に述べました。「リチウムイオンだけでなく、将来発見されるかもしれない他の種類の電池も含め、様々な可能性が考えられます。」知識は時に力となるのです。

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