スマホのバッテリーの中で
超伝導体をつくり出す？

　リチウムイオン電池の中で超伝導材料をつくる─。思わず「？」が浮かぶフレーズである。リチウムイオン電池は、スマホや携帯ゲーム機の充電バッテリーとして知られるもの。超伝導は電気抵抗がゼロになる現象で、リニアモーターカーなどでその原理が応用されている。問題はこの異なる2つのキーワードのつながり。そこから新しい材料が生まれるというから謎は深まるばかり……。研究にあたる東京工業大学大学院理工学研究科応用化学専攻の大友明教授はこう語る。
　「リチウムイオン電池の内部では、2つの異なる材料の間をリチウムイオンが行き来することで、充電・放電が繰り返され、電流が発生します。そこではさまざまな化学反応が起こるのですが、私はここに目をつけて、リチウムイオン電池という"場"を利用して、新たな材料の開発に挑んでいます。電池の中という特殊な環境では、非常に合成が難しい超伝導体が比較的安定してできるのです」
　大友教授の研究テーマは「酸化物エレクトロニクス」。金属酸化物を使った新しい物質の開発や新機能の探索を行い、IC（集積回路）やトランジスタなどの電子デバイスに応用する研究に取り組んでいる。まだ歴史が20年ほどの新しい研究領域である。
　「現在の電子材料の主役といえる半導体に使われているのは、シリコンなどの非酸化物が中心です。しかし、絶縁体から超伝導体に至る多様な性質を示す金属酸化物は、昔から電子デバイスへの応用が期待されてきました。なかでも私が注目するのが超伝導体。電気抵抗ゼロの超伝導材料を電子デバイスに組み込めば、電力消費がほとんどないスマホやパソコンが実現できるかもしれません」
　超伝導現象は、構成元素の選択と配列が精緻に整った状態でのみ発現する。そのため電子レベルで一つひとつの原子の配列や構成を調整する高い合成技術が求められる。リチウムイオン電池の中でそれが実現できる理由をこの紙幅では説明できないが、この研究の動向に産業界から熱い視線が送られている。
　大友教授の研究室では、効率的に水から水素を取り出す光触媒やガラスを基板にした電子回路やディスプレイの開発など、超伝導材料以外にもさまざまな研究テーマに取り組んでいる。化学には次世代の電子機器を支える材料開発というテーマがあり、大きなニーズがあることを、頭に入れておくといいだろう。

実験で作製したリチウムイオン電池構造の概略図の一例。超伝導材料であるチタン酸リチウム薄膜を負極に用いている。