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Goodenough教授の素晴らしすぎる研究人生

本日ノーベル化学賞発表です。
今年は無機化学分野ではないかということで、MOFも有力ですが、実用化という面ではリチウムイオン電池も有力な候補と思われます。
本稿ではリチウムイオン電池を語る上で忘れてはならない人物、John B. Goodenoughについて調べたことをまとめました。

Goodenough教授はリチウムイオン電池の創始者として有名ですが、生まれはなんと1922年、現在96歳という大御所です。エール大で学生時代を過ごしたのはなんと太平洋戦争末期、ジョージ・H・W・ブッシュ(父ブッシュ)の入学と入れ違いで大学を卒業します。学部を卒業後第二次世界大戦に参加し、戻ってきてからシカゴ大で物理学の学位を取得しています。ツェナーダイオードで有名なGlarence Zener研でのものです。

その後MITにて磁性化合物の研究を行います。彼の初期の仕事は「磁石がどのようにして磁石になるのか」を解明する研究です。A-B-Cという3つの原子が並んでいるとき、A-B、B-Cという結合を考えるだけでなく、AとCの間に働く相互作用がどうなるかを説明し、AとCの電子状態が影響を及ぼしあっていると考えると磁石の性質を見事に解明できるというものです。

これは今では二重交換相互作用、あるいは超交換相互作用と呼ばれています。化学結合を考えるのに隣の原子との結合だけを考えるのではなく、磁性を持つ物質がどのような状態にあるかを調べるという、いわば化学結合の基盤の一つを創り出した研究であると言えます。これが1955年ごろのことです。

この仕事は金森先生の仕事を合わせて、現在ではGoodenough-Kanamori則という化学結合の基本法則となっています。

その後金属酸化物の研究(1950年代~1960年代)を経て、1970年代に固体中でナトリウムイオンが動く酸化物があるらしいと言うことを発見します。これは後にNASICON (NAtrium ion Super Ionic CONductor)と呼ばれる材料になります。その後80年代に入ってコバルト酸リチウム(水島教授と同時期)、マンガンスピネル、オリビン型リン酸鉄といった、現在のリチウムイオン電池の正極材料に使われる酸化物を用いた電池を次々に提案していきます。

理論から材料開発、そして電池作りまでを一人でやってのけたという巨人です。

化学の根本となる量子力学や結合論について深く勉強しながらモノづくりへとつなげるというGoodenough教授の姿勢は、我々にとっても示唆に富んでいるように思います。

何年も前からリチウム電池の開発者であるJohn B. Goodenough教授にはノーベル賞の噂があり、今年ももしかしたら受賞されるかもしれません。

しかしながら、リチウムイオン電池が世に広まったのは、SONY、東芝、NTT、旭化成、三洋などの日本の企業やそこに勤めていた研究者たちの努力が必須であったことを忘れてはなりません。美しい正極材料の開発だけで無く、炭素負極の発明、安全装置の開発、爆発事件への対処と安全な電池の開発など、日本企業の研究者が「リチウム電池」というダイアモンドの原石を磨き、便利な「リチウムイオン電池」へと発展させていったといえます。そういう意味では炭素負極を開発したSONYの西美緒氏や旭化成の吉野彰が共同受賞しても全くおかしくないように、個人的には思います。

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