ラストワンマイル１６

　　　　　　　　　　　　　　     　    　　　　　　　  
説 　符　　せつぷ
ことば---------------------------------------------------------------------
「大道は多岐なるをもって羊を亡う」
「岐路の中に、また岐あり。われ之くところを知らず」
「金を取るの時、人を見ず、ただ金を見たるのみ」
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「多岐亡羊」(たきぼうよう）
楊朱の隣の家の羊が一頭いなくなった。家の者は総出で羊をさがした。それでも足りず
楊朱の家に下男をかりにきた。

「たった一頭の羊で、たいへんな騒ぎですね」
「なにしろわかれ道が多いもので」
　しばらくしてかれらは帰ってきた。楊朱はきいた。
「見つかったかね」
「いや」
「またどうして」
「わかれ道に、またわかれ道がありましてね。どこへ行ったか見あたらないのですよ」

それを聞いて、楊朱の顔色がみるみるかわっていった。しばらくは物もいわず、一日中
笑顔を見せなかった。弟子たちはふしぎがった。

「たった羊一頭。それもご自分のものでもないのに、そんなにふさぎこんでしまわれる
とは、いったいどういうわけですか」

楊朱は答えなかった。弟子たちにはさっぱりわからない。弟子の万人孟孫陽が心都子の
ところへ行って相談した。数日して、心都子は孟孫陽をつれ、楊朱をたずねて言った。

「むかし三人の兄弟が、斉、魯の国々に留学し、同じ先生について『仁義の道』を勉強
しました。帰ってきた息子たちに父はききました。

『仁義の道とはどんなものかね』

三人の兄弟はそれぞれ答えました。

『仁義はわが身をたいせつにすることで、名誉を求めることではないと教わりました』
『仁義は、名誉のために兪をすてることだと教わりました』
『仁義はヽ兪と名誉を同時にたいせつにすることだと教わりました』

三人ともみな同じ先生からならったのに、仁義に対する理解はこんなにもちがいます。い
いったいだれが正しくて、だれがまちがっているのでしょう」

方針が多すぎて思案に迷うこと」を「多岐亡羊」というのは、この話から出ている。

 

 【エネルギー通貨制時代 ５７】 
”Anytime, anywhere ￥１／kWh  Era” 

　

エネルギー革命のラストワンマイルステージでの残件課題をざっくり列記すれば、ソー
ラーの光電変換効率（３０％超）の早期実現、熱電変換は劣化、抵抗の極小化、圧電素
子は劣化、風力は安全性、バイオマスは燃料の前処理の簡素化（低コスト化）、地熱は
事前探索の迅速化、蓄電池は高密度・高速充電・劣化、グリッドは送電ケーブルの高密
度・スマートか・埋設（あるいは無線）化で、原子力は廃炉の迅速安全工法開発など。
個人的には、熱善変換素子と圧電素子の劣化と高変換率化である。

【サーマルタイル事業篇：最新熱電変換素子技術】、
❑　特開2019-16786 熱電変換モジュール、及び、熱電変換モジュールの
製造方法
【概要】
熱電変換素子は、ゼーベック効果あるいはペルティエ効果によって、熱エネルギーと電
気エネルギーとを相互に変換可能な電子素子である。ゼーベック効果は、熱電変換素子
の両端に温度差を生じさせると起電力が発生する現象であり、熱エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する。ゼーベック効果により発生する起電力は、熱電変換素子の特性によ
って決まる。近年では、この効果を利用した熱電発電の開発が盛んである。ペルティエ
効果は、熱電変換素子の両端に電極等を形成して電極間で電位差を生じさせると、熱電
変換素子の両端に温度差が生じる現象であり、電気エネルギーを熱エネルギーに変換す
る。このような効果をもつ素子は特にペルティエ素子と呼ばれ、精密機器や小型冷蔵庫
などの冷却や温度制御に利用されている。

熱電変換モジュールにおいては、熱電変換効率を向上させるために、熱電変換素子と接
続された電極部における電気抵抗を低く抑える必要がある。従来、熱電変換素子と電極
部とを接合する際には、導電性に特に優れた銀ペースト等が用いられている。また、電
極部自体を銀ペーストで形成し、熱電変換素子と接合することもある。しかし銀ペース
トの焼成体は、気孔が比較的多いことから、電気抵抗を十分に低く抑えることができな
い。また、気孔内に存在するガスによって熱電変換素子が変質してしまうおそれがあっ
た。銀ペーストの焼成体を緻密化して気孔を少なくするためには、銀の融点（９６０℃）
以上に加熱して液相焼結することが考えられるが、このような高温条件では接合時に熱
電変換素子が熱で劣化するおそれがある。

そこで、例えば特許文献１では、銀よりも融点の低い銀ロウを用いて電極部を構成し、
熱電変換素子を接合する方法が提案されている。また、特許文献２では、気孔中のガス
にる熱電変換素子の劣化を抑制に、接合層の外周面全体にガラス溶液を塗布し空気中で
乾燥することで緻密質被膜を形成する方法が提案されている。ここで、特許文献１に記
載された方法は、銀よりも融点の低い銀ロウを用いているが、熱電変換モジュールの作
動温度でも銀ロウが溶融しないように、使用する銀ロウの融点は例えば７５０～８００
℃が好ましいとされている（特許文献１段落番号００２３参照）。このような比較的高
温条件で熱電変換素子を接合した場合は、接合時の熱によって熱電変換素子の特性が劣
化してしまうおそれがある。また、特許文献２に記載された方法においては、接合層の
内部には気孔が存在しているため、熱電変換素子と接続された電極部における電気抵抗
を低く抑えることができず、熱電変換モジュールの熱電変換効率を向上することはでき
なかった。

下図１のごとく、熱電変換素子１１の一端側には、第１絶縁層２１と、この第１絶縁層
２１の一方の面に形成された第１電極部２５と、を備えた第１絶縁回路基板が配設され
ており、第１電極部２５は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１アルミニ
ウム層２５ａと、この第１アルミニウム層２５ａの第１絶縁層２１とは反対側の面に形
成された銀の焼成体からなる第１銀焼成層２５ｂ、を有し、第１アルミニウム層２５ａ
は、厚さが５０μｍ以上２０００μｍ以下の範囲内とされ、第１銀焼成層２５ｂは、少
なくとも熱電変換素子１１が配置された領域において、厚さが５μｍ以上とされ、気孔
率が１０％未満とされていることで極部における電気抵抗が低く、かつ、接合時におけ
る熱電変換素子の劣化が抑えられており、熱電変換効率に優れた熱電変換モジュールの
提供する。
特開2019-16786
【符号の説明】
１０ 熱電変換モジュール　１１ 熱電変換素子　２０ 第１伝熱板（第１絶縁回路基板）
２１ 第１絶縁層  ２５ 第１電極部　２５ａ 第１アルミニウム層　２５ｂ 第１銀焼成
層３０  第２伝熱板（第２絶縁回路基板）３１ 第２絶縁層  ３５ 第２電極部　３５ａ 
第２アルミニウム層　３５ｂ  第２銀焼成層

❑　特開2019-20022　燃焼灰製造装置
【概要】
この燃焼灰製造装置においては、一次燃焼室１の排熱を二次燃焼室２に直接伝熱し、ま
た一次燃焼室１からの排気と熱交換した水を二次燃焼室２に供給することで、一次燃焼
室１の排熱を有効利用しているが、それでもなお、装置の各所から未利用熱が発生して
いる。そこで、一次燃焼室１、二次燃焼室２や熱交換器４などの各所に、熱を電気に変
換する熱電変換モジュールを設置してもよい。これにより、未利用熱で発電を行い、こ
の電気を装置の運転や施設の照明・空調などに用いることができる。特に、上記のもみ
殻を対象とした燃焼灰製造装置は、燃焼炉１０の温度が最大で６５０℃程度と低温であ
り、低温域において効率よく発電できる熱電変換モジュールを用いることが望ましい。
また、このような未利用熱を種々の蓄熱体に蓄熱し、この蓄熱体を他の施設などに運搬
して、熱源として用いてもよい。
特開2019-020022
 【符号の説明】
１  一次燃焼室　２ 二次燃焼室　３ 連通部　４ 熱交換器  １０ 燃焼炉　１１ 供給口　１２ 
バーナ　１３ 第一移送手段　２１ 排出口　２２ 第二移送手段

【リチウムイオン二次電池、市場規模は5年で２倍以上に 】
１月日、調査会社の富士経済は、リチウムイオン二次電池（LiB）の市場調査結果を公表。
xEV（電動車＝電気自動車、プラグイン・ハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、燃
料電池自動車）用、ESS（電力貯蔵システム）、UPS（無停電電源装置）、BTS（携帯電話
基地局）用など、さまざまな用途において需要が拡大しているLiBだが、特にxEV用けん
引し、2022年の市場規模は2017年比２.３倍の７兆３９１４億円に達すると予測。この調
査では小型民生用（シリンダ型、角型、ラミネート型）」「xEV用」「ESS、UPS、BTS用」
の3品目のリチウムイオン電池をはじめとする二次電池8品目、一次電池8品目、LiB用制御
部品5品目、LiB主要応用製品4品目、計25品目の市場を調査・分析。

小型民生用のLiBはシリンダ型が中心で、EV市場の拡大人伴って需要が増加している。さ
らに充電式電動工具や電動アシスト自転車向けも、ニカド電池からLiBへのシフトが加速
する。角型はラミネート型への切り替えの影響から縮小していくとみられるが、ラミネー
ト型はスマートフォンやウェアラブルデバイス向けが好調であり、小型民生用市場は拡
大していくと予想される。xEV用は中国などを中心に市場が拡大している。中国では、乗
用車の他、バスや物流などの専用車で電動化が進んでおり、今後も市場は大幅に拡大し
ていくとみられる。ESS、UPS、BTS用では、再生可能エネルギー発電の普及に伴いESSで
需要が増加している。BTSでは鉛蓄電池からLiBへの切り替えが進み好調である。また、
5Gのサービスが2019年に欧米で、2020年には日本で開始になるとみられ、これによりBTS
でLiBの需要増加が期待する。

Feb. 5, 2019

【新型リチウムイオン電池製品化へ　高容量「全樹脂型」】

三洋化成工業は２０２０年度をめどに、開発中の新型リチウムイオン電池（ＬｉＢ）を
製品化する。新しい製造法を用いて機能性を高めた「全樹脂型」の製品で、大規模蓄電
池などの幅広い用途での展開を目指す。１０年後には電池事業の売り上げ規模を１千億円
程度に育てる考え。 

同社や関係者らによると、開発中のＬｉＢは、集電体の材料を通常の金属箔（はく）か
ら樹脂製フィルムに変更。電極材の物質も樹脂で覆う。樹脂を用いることで製造工程を
大幅に簡素化。安全性が高く、高容量化も可能になる。例えば、これまででは作れなか
った大型の蓄電池を安価に生産したり、３Ｄプリンターで複雑な形状の製品を作れたり
する。用途には、工場やビル、発電所で使う定置型の蓄電地などの産業用途を想定。ウ
エアラブル端末などへの展開も視野に入れる。同社のＬｉＢに関する特許を調べると、日
産自動車と共同で出願したものもあり、両社で車載用への展開を検討している可能性も
ある。

安藤孝夫社長は４日、京都新聞社の取材に対し、「バッテリー市場は今後拡大する。電
池事業は（直近の年間売上高約１６００億円の）三洋化成工業がもう一つできるくらい
の大事業になる可能性がある」と強調した。今後１０年間で１００億円近い研究開発費
を投じる考えを示し、「設備投資などで他社とも提携し、売上高１千億円程度の事業に
成長させたい」と述べた。

 

●「世界変える電池に」共同開発の堀江慶応大特任教授 

三洋化成工業と共同でリチウムイオン電池（ＬｉＢ）を開発する慶応大の堀江英明特任
教授は４日、全樹脂型電池について「世界の電力システムを変える電池になる」と強調
した。堀江氏は日産自動車出身で、電気自動車用のＬｉＢ開発などを主導してきた。そ
の経験を踏まえ「これまでほぼ同じ製法だったＬｉＢを第１期とすれば、全樹脂型は第
２期の主流となる技術。三洋化成工業の界面制御技術のおかげでブレークスルー（突破
口）ができた。世界に普及できる」と自信を込めた。 

全樹脂型電池の利点について「乾燥工程が不要で製造が簡素化するため、設備投資コス
トが大幅に下がる。単電池を積み重ねるだけで良いため必要な部材も削減できる」と指
摘。「安全性も高く、くぎを打ち込んでも発火しない」と説明した。その上で「ネット
ワークで制御しながら電力をためて使う時代が来る。全樹脂型は、今のＬｉＢでは難しい
縦１０メートル、幅３０メートルといった大型電池も原理的には作れるため、送配電に
使う大型蓄電所も実現できる。発電量にむらがある太陽光発電などにも有効だ。エネル
ギー産業を支える製品が京都から生まれてほしい」と期待する。

❑　特開2019-021634　負極活物質のプレドープ方法、並びに電気デバイス用電極
および電気デバイスの製造方法
【概要】

リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素・黒
鉛系材料が用いられてきた。しかし、炭素・黒鉛系の負極材料ではリチウムイオンの黒
鉛結晶中への吸蔵・放出により充放電がなされるため、最大リチウム導入化合物である
ＬｉＣ_６から得られる理論容量３７２ｍＡｈ／ｇ以上の充放電容量が得られないという
欠点がある。このため、炭素・黒鉛系負極材料で車両用途の実用化レベルを満足する容
量、エネルギー密度を得るのは困難である。
これに対し、負極にＬｉと合金化する材料を用いた電池は、従来の炭素・黒鉛系負極材
料と比較しエネルギー密度が向上するため、車両用途における負極材料として期待され
ている。例えば、Ｓｉ材料は、充放電において下記の反応式（Ａ）のように１ｍｏｌあ
たり３．７５ｍｏｌのリチウムイオンを吸蔵放出し、Ｌｉ_１５Ｓｉ_４（＝Ｌｉ_３．７５Ｓｉ）
においては理論容量３６００ｍＡｈ／ｇである。

【化１】

しかしながら、このような大容量を有する炭素材料やリチウムと合金化する材料を負極
活物質として用いたリチウムイオン二次電池の多くは、初期充放電時の不可逆容量が大
きい。このため、充填された正極の容量利用率が低下し、電池のエネルギー密度が低下
するという問題がある。ここで、不可逆容量とは、リチウムイオン二次電池において、
初期充電容量と初期放電容量の差を意味する。この不可逆容量の問題は、高容量が要求
される車両用途への実用化において大きな開発課題となっており、不可逆容量を抑制す
る試みが盛んに行われている。

このような不可逆容量に相当するリチウムを補填する技術として、予め所定量のリチウ
ム粉末を表面に付着させた炭素材料を負極活物質として用いる方法が提案されている。
この方法によれば、負極活物質（未ドープ活物質）に対して初回充放電容量差に相当す
る量のリチウムを予備吸蔵（プレドープ）させることにより、初充電時に充放電容量差
を解消でき高容量で安全な電池が得られるものとされている。また、特許文献１には、
リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスに用いられる活
物質にリチウムをプレドープする簡便かつ実用的な方法を提供することを目的として、
リチウムドープ可能材料とリチウム金属とを溶剤の存在下において混練混合し、かつ、
その際にボールミル等を用いてボールとの衝突や摩擦を付加する方法が開示されている。

ここで、従来提案されている電気デバイス用負極活物質へのリチウム（リチウムイオン）
のプレドープ方法は、いずれも当該負極活物質における不可逆容量の発生を補填するこ
とを通じて電気デバイスの高エネルギー密度化を図ることを目的としたものである。ま
た、不可逆容量を補って余りある量のリチウムをプレドープしたとしてもそれ以上の高
エネルギー密度化は望めない。したがって、これらの技術におけるリチウムのプレドー
プ量は、不可逆容量を補填するのに必要最低限の量に設定されていた。

しかし、これらの従来技術により提案されているプレドープ方法を用いてリチウムをプ
レドープした負極活物質を用いてリチウムイオン二次電池等の電気デバイスを作製する
と、当該デバイスの初回充電時には大量のガスが発生することが判明した。電気デバイ
スの初回充電時におけるガスの発生量が多いと、正負極間の電極間距離を均一に保つこ
とができずにばらつきが生じることがある。その結果、電池の面内方向において電池反
応の進行度合いにムラが生じ、ひいては局所的な劣化が進行するという問題もある。

不可逆容量を補填するのに必要とされる最低限のリチウムプレドープ量を超えてさらに
リチウムをプレドープすることで、電気デバイスを構成した後の初回充電時に発生する
ガスの量を低減することが可能となることが判明した。しかしながら、この対処ではプ
レドープ工程におけるドープ深度が深すぎることに起因して、電気デバイスの充放電の
際にリチウム金属がデンドライトとして析出することも判明した。リチウムデンドライ
トの発生は電池の信頼性を低下させるだけでなく、高エネルギー密度化の障害ともなる
ことから、さらなる工夫が求められる。そこで、電気デバイスの初回充電時におけるガ
スの発生量を十分に抑制しつつ、充放電の際のリチウムデンドライトの発生を抑制しう
る手段を提供することを目的とする。

下図１のごとく、正極および負極を備えた電気デバイスに用いられる負極活物質へリチ
ウムイオンを予めドープする際に、被ドープ負極活物質に前記リチウムイオンをドープ
させることにより前記被ドープ負極活物質のリチウム金属に対する電位（ｖｓ．Ｌｉ＋
／Ｌｉ）を低下させるプレドープ工程を行った後、前記プレドープ工程においてリチウ
ムイオンがドープされた負極活物質から前記リチウムイオンを脱ドープさせることによ
り前記負極活物質のリチウム金属に対する電位（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）を上昇させる脱
ドープ工程を行うことで、電気デバイスの初回充電時におけるガスの発生量を十分に抑
制しつつ、充放電の際のリチウムデンドライトの発生を抑制しうる手段を提供する。

【符号の説明】
１０、５０  リチウムイオン二次電池（積層型電池）、１１ 負極集電体、１２ 正極集
電体、１３ 負極活物質層、１５  正極活物質層、１７ 電解質層、１９  単電池層、２１、
５７ 発電要素　２５、５８  負極集電板、２７、５９  正極集電板、２９、５２  電
池外装材（ラミネートフィルム）。

上記表１に示す結果から、本発明に係る負極活物質のプレドープ方法を用いて負極活物
質に対してプレドープ処理を施すことにより、リチウムイオン二次電池の初回充電時に
おけるガスの発生量（ΔＰ_ｍａｘを指標とする）を十分に抑制しつつ、充放電の際のリ
チウムデンドライトの発生が抑制されることがわかる。特に、外部短絡法を用いて第１
の電位（Ｅ_１）を０．３０  Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）以下とすることで、ガスの発生量
を劇的に低減させることが可能となることもわかる。さらに、外部短絡法を用いて第１の
電位（Ｅ_１）を０．２０  Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）以下とすることで、充放電効率も
大幅に向上させることが可能となることもわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極を備えた電気デバイスに用いられる負極活物質へリチウムイオンを予
めドープする負極活物質のプレドープ方法であって、
 被ドープ負極活物質に前記リチウムイオンをドープさせることにより前記被ドープ負
極活物質のリチウム金属に対する電位（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）を低下させるプレドープ工
程と、
前記プレドープ工程の後に、前記プレドープ工程においてリチウムイオンがドープさ
れた負極活物質から前記リチウムイオンを脱ドープさせることにより前記負極活物質の
リチウム金属に対する電位（ｖｓ．Ｌｉ＋／Ｌｉ）を上昇させる脱ドープ工程と、
を含む、負極活物質のプレドープ方法。
【請求項２】
前記プレドープ工程の終了時点における前記負極活物質のリチウム金属に対する電位を
第１の電位（Ｅ_１）とし、前記被ドープ負極活物質へリチウムイオンを初めてドープさ
せた際のガス発生量が最大となる電位をＥ_{ｇ（ｍａｘ）}としたときに、前記第１の電位（
Ｅ_１）が、Ｅ_１≦Ｅ_{ｇ（ｍａｘ）}を満たす、請求項１に記載の活物質のプレドープ方法。
【請求項３】
前記脱ドープ工程の終了時点における前記負極活物質のリチウム金属に対する電位を第
２の電位（Ｅ_２）としたときに、前記第２の電位（Ｅ_２）が、前記電気デバイスの初回の
放電容量が最大となる電位である、請求項１または２に記載の活物質のプレドープ方法。
【請求項４】
前記脱ドープ工程においては、前記プレドープ工程においてリチウムイオンがドープさ
れた負極活物質を含む第１の負極組成物と、リチウムイオンを吸蔵可能な負極活物質を
含む第２の負極組成物と、を、セパレータを介して配置した状態で前記第１の負極組成
物と前記第２の負極組成物とを外部短絡させることにより、前記第１の負極組成物に含
まれる前記リチウムイオンがドープされた負極活物質に対して脱ドープ工程を行う、請
求項１～３のいずれか１項に記載の活物質のプレドープ方法。
【請求項５】
前記脱ドープ工程においては、前記プレドープ工程においてリチウムイオンがドープさ
れた負極活物質を、前記リチウムイオンがドープされた負極活物質よりも貴な電位を有す
る物質と混合することにより、前記リチウムイオンがドープされた負極活物質に対して
脱ドープ工程を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の活物質のプレドープ方法。
【請求項６】
前記リチウムイオンがドープされた負極活物質よりも貴な電位を有する物質が、前記リ
チウムイオンがドープされた負極活物質と同種の負極活物質であって、前記リチウムイオ
ンがドープされたよりもドープ深度の浅い負極活物質である、請求項５に記載の活物質
のプレドープ方法。
【請求項７】
正極および負極を備えた電気デバイスに用いられる負極の製造方法であって、
請求項１～６のいずれか１項に記載の負極活物質のプレドープ方法により前記被ドープ
活物質のプレドープを行ってリチウムイオンがドープされた負極活物質を得た後に、前
記リチウムイオンがドープされた負極活物質を用いて前記負極を製造することを含む、
電気デバイス用負極の製造方法。
【請求項８】
正極および負極を備えた電気デバイスの製造方法であって、
  請求項７に記載の電気デバイス用負極の製造方法により電気デバイス用負極を得た後
に、前記電気デバイス用負極を用いて前記電気デバイスを製造することを含む、電気デ
バイスの製造方法。
【請求項９】
前記電気デバイスがリチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタである、
請求項８に記載の電気デバイスの製造方法。

【リチウムイオン二次電池、市場規模は5年で２倍以上に】

１月３０日、富士経済はリチウムイオン二次電池（LiB）の市場調査結果を発表。xEV（
電動車＝電気自動車、プラグイン・ハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、燃料電
池自動車）用、ESS（電力貯蔵システム）、UPS（無停電電源装置）、BTS（携帯電話基
地局）用など、さまざまな用途において需要が拡大しているLiBだが、特にxEV用けん引
し、2022年の市場規模は2017年比2.3倍の7兆3914億円に達すると予測している。この調
査では、「小型民生用（シリンダ型、角型、ラミネート型）」「xEV用」「ESS、UPS
BTS用」の3品目のリチウムイオン電池をはじめとする二次電池8品目、一次電池8品目、
LiB用制御部品5品目、LiB主要応用製品4品目、計25品目の市場を調査・分析した。

小型民生用のLiBはシリンダ型が中心で、EV市場の拡大人伴って需要が増加している。
さらに充電式電動工具や電動アシスト自転車向けも、ニカド電池からLiBへのシフトが加
速している。角型はラミネート型へ
の切り替えの影響から縮小していくとみられるが、ラミネート型はスマートフォンやウ
ェアラブルデバイス向けが好調であり、小型民生用市場は拡大していくと予想される。
xEV用は中国などを中心に市場が拡大している。中国では、乗用車の他、バスや物流など
の専用車で電動化が進んでおり、今後も市場は大幅に拡大していくとみられる。ESS、
UPS、BTS用では、再生可能エネルギー発電の普及に伴いESSで需要が増加している。BTS
では鉛蓄電池からLiBへの切り替えが進み好調である。また、5Gのサービスが2019年に欧
米で、2020年には日本で開始になるとみられ、これによりBTSでLiBの需要増加が期待さ
れる。

【電場により制御可能な低消費電力の磁気メモリーに道】

２月１２日、東京工業大学らの研究グループは、磁石の性質（強磁性^[用語1]）と電気を
蓄える性質（強誘電性^[用語2]）が共存したセラミックス結晶について、室温で電場によ
り磁石の極性を反転（磁化反転）させることに成功したと公表。電場による磁化反転は
次世代磁気メモリー実現の鍵として注目されていながらも、これまでに室温で実証され
たことはなかった。それによると電場により制御可能な低消費電力の磁気メモリー実現
につながる成果と期待される。スマートフォンの普及やビッグデータなどによる情報処
理量の爆発的な増大に伴う、情報通信機器の消費電力が問題になるなかで、低消費電力
・高記録密度・不揮発性の次世代メモリーデバイスへの要求が高まっている。こうした
観点から注目されるのが、強磁性と強誘電性を併せ持つマルチフェロイック物質^[用語6]
である。

これまでに九州大学の北條准教授、東京工業大学の東教授らは、室温で強磁性と強誘電
性が共存したコバルト酸鉄酸ビスマスを、薄膜形態で安定化させることに成功している
（上図１）。しかしながら、磁化の方向が薄膜の面内方向を向いていたために、通常の
走査型プローブ顕微鏡を用いて磁気ドメインを観察することは困難であり、強磁性と強
誘電性の相関を調べることはできなかった。

 

今回、薄膜を成長させるための基板の種類および薄膜の成長する方向を工夫することに
より、薄膜試料の磁気ドメインを観察することに初めて成功した。同一視野において強
誘電ドメインと比較することにより、強磁性と強誘電性には相関が存在することが明ら
かとなった。さらに走査型プローブ顕微鏡の探針を用いて電場を印加し、電気分極を反
転させることで、磁化の方向を反転させることに成功した（下図２）。

 

図２　電気分極反転前（上）と電気分極反転後（下）のコバルト酸鉄酸ビスマス薄膜の
室温における圧電応答顕微鏡像（左）と磁気力応答顕微鏡像（右）。それぞれ、強誘電
ドメイン構造と磁気ドメイン構造に対応する。色は、それぞれ電気分極の薄膜面内成分
および磁化の薄膜面外方向の成分を表している。上左図の強誘電ドメインが寒色である
ことは、電気分極の面外成分が紙面の奥方向を向いていることに対応する。下左では電
気分極の方向が反転したため、強誘電ドメインの色が暖色に変化している。また、右上
下を比較すると、電気分極の反転により、磁化の面外成分が反転していることがわかる。

※すばらしい！

 

　●　今夜の一曲

VALENTINE LOVE SONGS 2019, Happy Valentine's Day with