ISSN 1882-5745 2018 年 9 月発行 隔月年6回発行 第11巻 第5号（通巻65号）

サイエンス・インタビュー
Science Interview

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スマホや電気自動車に欠かせないリチウムイオン二次電池を発明

サイエンス・インタビュー 科学のいま、そして未来

スマホや電気自動車に欠かせないリチウムイオン二次電池を発明

スマートフォンやノートパソコンを快適に

吉野 彰（旭化成株式会社名誉フェロー）

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使えるのは、充電式のリチウムイオン二【特集】 ふしぎで多彩な変形菌の世界次電池があるおかげです。小型軽量、パワフルで長持ちなリチウムイオン二次電[ 全体監修 ] 萩原 博光（国立科学博物館名誉研究員）

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池の基本構成を確立し、モバイル IT 社

変形菌とは何か－その生活環と特徴
松本 淳（越前町立福井総合植物園長）

変形菌の系統・進化－極限まで進化を遂げた単細胞生物
川上 新一（和歌山県立自然博物館学芸員）

単細胞の賢い行動会の実現や環境問題の解決に大きく貢献
オオムラサキホコリの細毛体と胞子（左）とアミクロミルリホコリの胞子（右）。

18や胞子の表面突起などのように、次世代を担う胞子の空中移動に適応した形態を備えています。

写真提供：松本淳

263032－単細胞はどのように複雑な子実体をつくるのか矢島 由佳（室蘭工業大学応用理化学系学科准教授）

すい た

私が生まれ育ったのは大阪府吹田市のせん り やま

千里山、後に万博会場となるところです。

日本における変形菌の分類研究の系譜

私の少年時代には自然が豊かに残ってい標本の世界

シーボルトが収集した日本の植物標本

旭化成株式会社名誉フェロー

吉野 彰

よしのあきら1972 年京都大学大学院工学研究科修士課程修了。博士（工学）（2005 年大阪大学）。1972 年旭化成工業（現 旭化成）株式会社入社。旭化成株式会社電池材料事業開発室長、同吉野研究室長などを経て、2017 年より現職。技術研究組合リチウムイオン電池材料評価研究センター理事長、名城大学大学院理工学研究科教授ほか兼任。The Charles Stark Draper Prize（全米技術アカデミー）、紫綬褒章、日本国際賞など受賞多数。

たので、虫取りなどをして自然のなかで大学や大学院では、どのような研究をな

企業の研究開発は、どのように行われる遊ぶことが多く、昆虫の生態をはじめとさったのですか。のでしょうか。

する自然現象には関心をもっていまし大学は工学部に進み、石油化学科とい私の経験からいうと、企業で行われる研た。そんな私に大きな影響を与えてくれう教室に所属しました。といっても、石究開発は大きく3つの段階に分かれます。

たのが、小学校3、4年生の時の担任の先油化学に特化した教室ではありません。

１）何か新しいものを見つけるための探※2

日本の国立公園 第 8 回
知床国立公園 〜流氷がもたらす海と陸の生態系〜
山本 豊（環境省釧路自然環境事務所ウトロ自然保護官事務所首席自然保護官）取材協力
桜井 泰憲（一般財団法人函館国際水産・海洋都市推進機構函館頭足類科学研究所長）取材協力

生です。大学で化学を学んで新任となっそこでは、実用的な触媒 の開発などを索研究。将来実りそうなテーマ探しを、1た女性の先生でした。小学校ですから全扱うほかに、化学を基礎的・理論的に考つのテーマに対して1人か2人で行います。

教科を教えるわけですが、授業の折々に察する学問に取り組んでいました。

２）探索研究で新しい成果が得られたと化学とはどういうものか、子どもにもわ

私は、計算（理論）だけに偏るのも、きに、実用的な問題点を抽出してそれを親子で遊ぼう! 科学冒険隊＃64 きれいな結晶、ふしぎな結晶
さとう かよこ（きらら舎主宰）監修

かるようにいろいろな話をしてくれまし実験だけで何かを論じるのもおもしろく解決するための研究。基礎技術を1つのた。それを聞いて、「化学っておもしろないと感じていました。そこで両方をとる既成技術に仕上げて世の中に出していくそうだな」と興味をもちました。先生はことにし、大学と大学院を通して、実験ための研究です。

また、マイケル・ファラデー の講演をデータを基に理論的に考察して、そこか３）新技術を世に売り出す、土台となる市

表紙写真まとめた『ロウソクの科学』という本をら出てくる答えを基に次の実験を行う、い場（マーケット）をつくる仕事。技術だけ変形菌は、単細胞生物とは思えないほど複勧めてくれました。科学について何も知わゆる物理化学的な研究をしていました。

ができてもすぐには商品に採用されないのらない私にもわかりやすく、その内容に大学院の修士課程を終えると、旭化成で、技術を買ってくれる市場をつくります。

惹き込まれました。自然科学への興味は工業に就職を決めました。繊維や化学成長するにつれて深まり、中学校、高校メーカーなどの選択肢があるなかで、旭私の初任配属は、探索研究の部門でしへと進むうちに、将来は化学を仕事にし化成は新しい事業を開拓していこうといた。テーマ設定をして、2年程度で新しようと思うようになっていきました。

う機運と活気が感じられたからです。

い技術開発の研究に取り組みます。成果

DNAを知る 第 5 回

遺伝子操作でできること① ～ゲノム編集が登場するまで～NEWS & TOPICS

世界の科学ニュース & おもしろニュースを10 分で※1

雑かつ多彩な子実体をつくります。
①ウツボホコリ、②ムラサキホコリ、③ル
リホコリ、④ジクホコリ、⑤キラボシカタ
ホコリ、⑥エダナシツノホコリ。

34『ロウソクの科学』

すか。

変形菌の形づくり

大場 秀章（東京大学名誉教授／同大学総合研究博物館特招研究員）

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ひ■■化
 学に惹かれたきっかけは

科学者になろうと考えたのは何歳のころで

萩原 博光（国立科学博物館名誉研究員）

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姿勢や研究開発の足跡をお聞きしました。

変形菌の子実体は、細毛体の網目状構造

中垣 俊之（北海道大学電子科学研究所長）

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してきた吉野彰先生に、科学に向き合う

milsil カフェ／編集後記／定期購読のお知らせ／次号予告

写真提供①④⑤⑥：川上新一、②③：松本淳

企業としては、これがとても重要です。

サイエンス・インタビュー
Science Interview

ポリエチレン［使用時（放電時）］

（単結合）

図2
開発当時のリチウムイオン
二次電池

ポリアセチレン（共役二重結合）LiCoO2［充電時］

リチウムイオン

リチウムイオン二次電池の長所炭素材料◦エネルギー密度が高く、容易に高電圧（定格電圧3.7V）が得られる。
◦乾電池と比べて大容量かつ長寿命。

吉野先生は、マイナ
π電子◦ニ ッケル水素電池などにみられるメモリー効果

ス極、プラス極の素引き抜く材を決めると、まずガラス製の試験管の中で電池としての作動を確認した。

π電子が流れる

写真提供：吉野彰

プラス極 マイナス極

セパレーター

量しか使えなくなってしまう現象）が発生しない。

図3 リチウムイオン二次電池の原理

電池の使用時（放電時）は、マイナス極である炭素材料に取り込まれていたリチウムイオンがプラス極に移動する。充電の時は逆の反応が起こり、プラス極であるコバル

図1 電気を通すポリアセチレン

分子は普通、電子を共有して結合している（共有結合）。プラスチックの一種であるポリエチレンは、分子同士が 1 対の電子を共有する単結合が続いている。すべての電子は過不足なく使われ、動き回ることはないので電気を通さない。
ポリアセチレンは、単結合と二重結合が交互に連なる共役二重結合の構造をもつ。二重結合の場合、パイ1 本目の結合は単結合と同じ種類の電子が働いているが、2 本目の結合に関与している電子（π 電子という）は動き回れる性質がある。そこで、ポリアセチレンの一部のπ電子を引き抜いて電気の通り道をつくると、π電子が次々と移動するようになり、電気を通す。

が思わしくなければ、2年で次のテーマ（使い切らないうちに充電すると、再充電した容電解液あったのでしょうか。

し充電できる二次電池の登場が切望されていました。そこで、金属リチウムイオン

ト酸リチウムに含まれていたリチウムイオンが、マイナス極に取り込まれる。
セパレー
ターはプラス極とマイナス極を分離しておく働きをしている。

旭化成資料を基に作成

一次電池を二次電池化する研究が行われポリアセチレンはプラスチックなので密性能が不十分なため連続で撮影できる時間ですから、実際の売り上げとのギャップていましたが、誰も実用に耐えるような電度が小さく、軽いけれどかさばります。密が限られていました。そこに、起電力・容に苦しみます。

池の開発に成功していませんでした。こ度を2倍、3倍にできればいいわけですが、量とも大きく、重量・体積3分の1を実現ある商品が、ある時期を境に突然売れ始の電池はマイナス極に金属リチウムを用それは原理的に不可能です。ポリアセチしたリチウムイオン二次電池が採用された

めるというのは、誰がどう仕掛けるというに移って再スタートします。可能性があそうですね。私の研究の詳細の前に、いていたのですが、充電すると発火しやレンの2倍程度の密度があり、かつ共役二のです。これは月100万個ほどの市場になものではなく、世界の流れというしかない

りそうなときは、研究を2年間延長して当時の電池開発の状況を説明しておきますく、安全性に大きな問題があったのです。

重結合の化合物はないか…と頭を巡らすりました。当時は、ビデオカメラの市場にでしょう。世界がIT社会へ動き出したの可能性を見極めます。私の場合は、3つしょう。電池は基本的にプラス極（正極）つまり、二次電池のマイナス極には金属と、炭素（カーボン）材料が思い浮かび入れただけで大成功だと考えていました。

は 間 違 い な く1995年、Microsoft社 のの探索研究で思わしい成果が得られず、とマイナス極（負極）、電気の通り道にリチウムが使えないということですか。

ました。いろいろ探すなかで、社内の研4番目のテーマとしてリチウムイオン二なる電解液でできています。さらに、私その通りです。新型二次電池を商品化

究所が開発していたVGCFという炭素繊イオン二次電池を商品化して世に出した流れに乗って、モバイル機器や電気自動車、次電池の研究に取り組みました。

たちが普段使う電池は、使い捨ての一次するためには、新しいマイナス極材料が維を電池のマイナス極に使用したところ、のですが、その後は、関心をもつ企業はドローンなどにもリチウムイオン二次電池電池と、何度でも充電して繰り返し使え必要だったのです。そこでポリアセチレン

体積も重量も3分の1にすることができま多いけれど買ってくれないという状況が3が採用されるようになりました。いまでもる二次電池に分かれます。コンパクトなに目をつけました。ポリアセチレンは、電した。これにより、リチウムイオン二次電〜 4年続きました。いまのように携帯電話ビデオカメラ用の市場はありますが、それ二次電池としては、リチウムイオン電池子もイオンも出たり入ったりするのでマイ池の基本構成を確立することができたのやスマートフォン、ノートパソコンなどには全体の0.2％です。これを逆からみると、なぜ電池を研究テーマに選んだのですか。

が現れる前にはニッケル・カドミウム蓄ナス極になる可能性が考えられました。一です（図3）。1985年の年明けのことでした。

採用され、これほど爆発的に普及するこ

当初想定していた市場の500倍になったと研究がスタートしたのは1981年です。

電池（ニカド電池）がありました。この方、ポリアセチレンと組み合わせるプラスとなど、まったく想像できませんでした。

いうことですね。未来のことは誰も正しくちょうど、白川英樹先生 がプラスチック

電池には、電池が発生させることのでき極の材料探しには苦労しました。1982年

予測できない。そこが技術開発の難しいとの「ポリアセチレン」に電気を通したことる電圧（起電力）を、1.5 V以上にはできの末に、コバルト酸リチウム（LiCoO2）

その後、市場規模は 500 倍に技術を確立するまでの研究と、それ以後に実用化が始まるまでとでは、どちらの苦ころでもあり、一つの醍醐味でもあるといが世界中で話題になっていました。ポリア

ないという性能的な限界がありました。という材料が使えるとわかり、1983年にいよいよリチウムイオン電池が世に出るわ労が多かったですか。

えるでしょう。

セチレンは単結合と二重結合が交互に並

なぜかというと、電解液が水溶液だった

世界初のリチウムイオン二次電池をつくりけですね。

んだ「共役二重結合」の構造をもつ物質で、ため、水の電気分解に必要な電圧であるました（図2）。

白川先生はこの中を自由に電子が動いて、1.2 〜 1.5 Vを超えると、水が電気分解し金属のように電気を通す性質をもたせるこてしまうからです。

■■ポ リアセチレンに着目し、新型二次電池の研究開発に挑戦
しら かわひで き※3ブイジーシーエフ■■最 初の応用先はビデオカメラ

こうして1990年代の初めに、リチウム 「Windows95」が発売された年です。その冒頭でお話しした3つの段階のどれもだい ごみ※ 1 マ イケル・ファラデー…1791-1867 年。イギリスのこのころ世に出てきたのがビデオカメラ

苦労の連続ですが、とりわけ胃が痛くな化学者・物理学者。電磁気学・電気化学の分野で大きなそこから一気に商品化へと進んだのですか。

です。1989年に、ソニー株式会社が「パるのは、3番目の市場を立ち上げる仕事※ 2 触媒…それ自身は変化しないが、ほかの物質の化学反応物事は、そう簡単に進むとは限りませ

スポートサイズ」をキャッチフレーズに小でしょうか。企業では「こうすれば、す※ 3 白川英樹…1936 年生まれ。筑波大学名誉教授。電気を型ビデオカメラを発売しましたが、電池のぐ売れる」というシナリオをつくりがち発」により、2000 年にノーベル化学賞を受賞。とに成功したのです（図1）。ポリアセチレ

こうした限界を克服しようと、電解液ん。当初の目的は、重量も体積も従来のンは、半導体や太陽電池など、さまざまなに有機溶媒を用いた非水素の電池の開発ニカド電池の3分の1にすることでした。

分野で活用できると、注目されていました。

も進められていました。私が研究を始め新しくできた二次電池は、重量は3分の1

また、ポリアセチレンには、内部で電たときも、起電力が高く、乾電池に比べになりましたが体積は従来のニカド電池子が動くという特徴に加え、イオンが出はるかに容量の大きな「金属リチウム一とほぼ同じでした。目的の半分は達成さ情報が氾濫する社会になり、「これだけいろいろなことがわかっているのだから、たり入ったりするという電気化学的な機次電池」という非水素の電池が存在してれたので、デジタルカメラ用に小型軽量新しい科学研究をやろうとしても、すべてやり尽くされているのではないか？」と思っ能もありました。
「電子とイオンが同時いました。これはカメラのストロボの電の電池を求めているメーカーに持参しまに出たり入ったりするのは、電池の基本源に使われていましたが、一次電池ですした。そして、重量と体積のどちらを優反応ではないか！」そう考えた私は、ポから繰り返し充電することはできません。

先するか尋ねると、迷うことなく「体積リアセチレンを用いたリチウムイオン電当時は、ビデオカメラのようなポータブです」と言われてしまいました。いまの池の研究に入ったのです。

ルな電子機器が世に出ようとする時代で、スマートフォンの電池も、まず小さくな

その当時、世の中にはどのような電池が小型軽量で起電力が高く、しかも繰り返くては話になりませんね。

業績を残した。
を速める働きをする物質。

通すプラスチックの研究成果「導電性高分子の発見と開人類が理解している自然現象は 1％もない
はん らんている人がいるかもしれません。しかし私は、自然界で起こっている現象のうち、人類が理解できていることは 1％にも満たないだろうと思っています。したがって、世紀の大発明やノーベル賞級の研究のネタは至るところに眠っています。
これから科学者をめざす人には大きなチャンスが待っているといえます。あふれる情報を自分なりに追尾、分析してください。その深層に、たとえば新発見の可能性やビジネスチャンスの流れを読み取ることができる瞬間があります。そのチャンスを活かしてほしいと思います。

文：上浪春海 写真：浅賀俊一 図 1、3：カサネ・治