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Aug 18, 2023

充電式リチウムを本当に発明したのは誰ですか

ソニーが最終的にゴールラインを越える前に、多くの人がバトンを落としました。充電式リチウムイオン電池の誕生から 50 年が経ち、その価値は簡単にわかります。 何十億もの単位で使用されています

ソニーが最終的にゴールラインを越える前に、多くの人がバトンを落とした

50年後充電式リチウムイオン電池が誕生すると、その価値がすぐにわかります。 何十億ものラップトップ、携帯電話、電動工具、自動車に使用されています。 世界の売上高は年間 450 億ドルを超え、今後 10 年間で 1,000 億ドルを超える見込みです。

しかし、この革新的な発明が研究室から世に出るまでに 20 年近くかかり、米国、ヨーロッパ、アジアの多くの企業がこの技術を検討していながら、その可能性を認識できていませんでした。

1972 年にエクソンの M. スタンレー ウィッティンガムによって開発された最初のバージョンは、それほど大きな成果は得られませんでした。 これはエクソンによって少量生産され、1977 年にシカゴで開催された電気自動車ショーに登場し、短期間コイン型電池として使用されました。 しかしその後エクソンはそれを落とした。

世界中のさまざまな科学者が研究に取り組みましたが、約 15 年間、成功は得られませんでした。 開発が適切なタイミングで適切な企業に着陸して初めて、最終的にバッテリーの世界制覇への道を歩み始めました。

[左から]吉野彰氏、ジョン・グッドイナフ氏、M・スタンリー・ウィッティンガム氏が2019年のノーベル化学賞を共同受賞した。 97歳のグッドイナフ氏はノーベル賞史上最高齢の受賞者となった。 ジョナス・エクストロマー/AFP/ゲッティイメージズ

1970 年代初頭、エクソンの科学者は、世界の石油生産が 2000 年にピークに達し、その後着実な減少に陥ると予測しました。 企業の研究者は、石油の代替品を探し、石油を使わないあらゆる方法のエネルギーを追求するよう奨励されました。

英国の若い化学者ウィッティンガムは、1972 年の秋にニュージャージー州のエクソン リサーチ アンド エンジニアリングでこの研究に参加しました。クリスマスまでに、彼は二硫化チタン正極とリチウム イオンを使用する液体電解質を備えた電池を開発しました。

ウィッティンガムのバッテリーはそれ以前のものとは異なっていました。 これは、ホスト電極材料の原子格子にイオンを挿入することによって機能します。これはインターカレーションと呼ばれるプロセスです。 バッテリーの性能も前例のないもので、充電式でありながら非常に高いエネルギー出力を備えていました。 それまで、最高の充電式バッテリーは最大 1.3 ボルトを出力するニッケルカドミウムでした。 対照的に、ウィッティンガムの新しい化学反応は驚くべき 2.4 ボルトを生成しました。

1973年の冬、企業経営者らはウィッティンガムを同社のニューヨーク市のオフィスに呼び出し、エクソン取締役会の小委員会に出廷させた。 「私はそこに行って説明しました。5 分、長くても 10 分でした」とウィッティンガム氏は 2020 年 1 月に私に語った。「そして 1 週間以内に彼らは、はい、これに投資したいと言いました。」

最初のリチウムインターカレーション電池であるウィッティンガム電池は、正極に二硫化チタン、負極に金属リチウムを使用して 1972 年にエクソンで開発されました。Johan Jarnestad/スウェーデン王立科学アカデミー

それは何か大きな出来事の始まりのように見えた。 ウィッティンガムはサイエンス誌に論文を発表した。 エクソンはコイン型リチウム電池の製造を開始し、スイスの時計メーカーであるエボーシュ社はその電池をソーラー充電腕時計に使用しました。

しかし、1970年代後半までに、代替石油に対するエクソン社の関心は薄れていた。 さらに、会社幹部らは、ウィッティンガムのコンセプトが広く成功する可能性は低いと考えていた。 彼らは二硫化チタンリチウムから手を洗い、その技術をアジア、ヨーロッパ、米国の電池会社3社にライセンス供与した。

「私はそれを行う理論的根拠を理解しました」とウィッティンガム氏は語った。 「市場は十分に大きくなりそうにありませんでした。 私たちの発明は時期尚早でした。」

1976 年、ジョン グッドイナフ [左] はオックスフォード大学に入社し、最初のコバルト酸リチウム正極の開発を率いました。テキサス大学オースティン校

これは、充電式リチウム電池の多くの誤ったスタートの最初のものでした。 次にバトンを受け取った科学者は、オックスフォード大学のジョン・B・グッドイナフ氏でした。 グッドイナフは、ウィッティンガムが博士号を取得していたこともあり、ウィッティンガムの研究に精通していた。 オックスフォードで。 しかし、バッテリー研究の最先端はリチウムであるとグッドイナフ氏に確信させたのは、ウィッティンガムによる 1978 年の論文「層間化合物の化学: カルコゲニド ホストの金属ゲスト」でした。 [グッドイナフ氏は6月25日に100歳で亡くなった。]