新型コロナ迅速検出を！②

　　     　　　　　        

                                                                       　


１０　先　進　せんしん 
---------------------------------------------------------------------
「顔淵死す。子曰く、『ああ、天われを喪ぼせり。天われを喪ぼせり』」（9）
「いまだ生を知らず、いずくんぞ死を知らん」（12）
「過ぎたるは、なお及ばざるごとし」（16）
「道をもって君に沢え、不可なれば止む」（24）
「なんぞ必ずしも書を読みて、然る後に学ぶとなさんや」（25）
---------------------------------------------------------------------
２４．魯の大夫、季子然が誇らしげに言った。「どうだろう、わたしの抱え
ている仲由宇路）や冉求（冉有）は大臣に取りたててよい人物だと思うが」
　孔子は言った。
「これは思いもかけませんでした。由や求が大臣とは。大臣といえば、主君
に対してよりも道に対して忠実であり、その結果、容れられなければ職をな
げうつ人物のことです。由や求はまだまだ並みの役人としかいえません」
「ということは、わたしの言いなりになるという意味ですな」
「そうはいっても、おわかりかと存じますが、父親を殺せとか、主君を弑（
しい）せというような命令には断じて従いませんよ」

季子然問、仲由冉求、可謂大臣與、子曰、吾以子爲異之問、曾由與求之問、
所謂大臣者、以道事君、不可則止、今由與求也、可謂具臣矣、曰、然則從之
者與、子曰、弑父與君、亦不從也。

Ji Zi Ran asked, "Zhong You and Ran Qiu are excellent vassals, aren't
they?" Confucius replied, "I thought you would ask a different quest-
ion. You asked about Zhong You and Ran Qiu. An excellent vassal must
serve his lord rightly. Or he must resign. Zhong You and Ran Qiu are
just vassals to make up the number." Ji Zi Ran asked, "So they obey
our order blindly, don't they?" Confucius replied, "They cannot obey
an order to kill their father or their lord."

   

【ポストエネルギー革命序論１４７】

エネルギーを失うことなく自己充電できる蓄電池
２月２５日、AIP PublishingのApplied Physics Reviewsに ポルトガルのポ
ルト大学などの研究グループは、電極とリチウムまたはナトリウムのガラス
電解質として２つの異なる金属を使用した非常にシンプルなバッテリーの製
造を報告。新しいタイプのバッテリーは、同じセル内で負の静電容量と負の
抵抗を組み合わせ、エネルギーを失うことなくセルを自己充電できる----バ
ッテリーの長期保存と出力電力の向上に成功したことを公表。これらのバッ
テリーは、超低周波通信や、点滅ライト、電子ビープ音、電圧制御発振器、
インバーター、スイッチング電源、デジタルコンバーター、関数発生器など
のデバイスで使用でき、最終的には現代のコンピューターに関連する技術に
使用できる。同研究グループは、開発したガラス電解質はリチウムに富んで
いたので、リチウム金属を必要とせずに充放電時に電解質が両方の電極にリ
チウムイオンを供給するバッテリーを作ることができ、電気接点の異なる材
料が個々の材料の特性ではなく複合材料の特性を示し、バッテリー、コンデ
ンサー、太陽光発電、トランジスタなどのすべてのソリッドステートデバイ
スの背後にある理論を統一するため、この作業は重要である。材料の１つが
電解質などの絶縁体または誘電体である場合、その組成は局所的に変化して、
エネルギーを保存し、デバイス内のフェルミレベルを揃えることができるコ
ンデンサを形成すると言う。バッテリーでは、電極間の開回路電位差はフェ
ルミ準位を整列させる電気的必要性により、固体内の最も強く保持されてい
ない電子のエネルギーの尺度であり、これも電極の極性に関与。化学反応は
後で起こり、コンデンサに蓄積されたこの電位エネルギーによって供給され
る。原則としてバッテリーよりも単純な電気化学セルは、生命の本質である
自己組織化に関する。より持続可能な世界に貢献する、フェルミレベルの跳
躍はないが、負抵抗の発生により耐久性を増す。これは、電解質の正イオン
と同じ材料の負電極を持つことで得られる。蓄熱エネルギーの熱の放散で電
気化学プロセスの自然劣化とは対照的に、自己充電するデバイスが生み出さ
る。バッテリーやコンデンサなどのすべてのエネルギー貯蔵デバイスで、そ
の自律性を大幅に改善できる。
　図２

二次電池の高容量化を可能とする加圧電解プレドープ技術
電気自動車やドローン、ロボットの普及に向けて高容量長寿命の二次電池が
求められている。これまでの二次電池では初回の充放電で電解液や添加材が
かかわる副反応が進行し、正極の持つリチウムを一部消費してしまうため、
容量が活物質の使用量から計算した値より小さくなる（この容量を不可逆容
量）という課題がある。東京大学西原研究室では、二次電池を組み立てる前
に負極とリチウムを反応させる実用的な方法（プレドープ）を種々検討し、
負極の電気化学的プレドープを加圧下で行うことにより、大電流で高濃度ま
でプレドープすることができることを見出した。これにより、不可逆容量を
実用的な処理速度で削減に成功。今回の技術は特にシリコンを含む高容量負
極に有効で、シリコンは理論容量が現状の負極の10倍以上で資源量も豊富な
ため、以前から注目されていたが、不可逆容量が大きく充放電の繰り返しに
伴う容量低下も大きく利用は広がっていかった。このシリコン含有負極に今
回の加圧電解プレドープを適用すると、組み立てた二次電池の容量は２０％
増加。また、充放電に伴う容量低下も抑えられることが確認できた。この研
究で開発した加圧電解プレドープ技術はシリコン含有負極の他にもさまざま
な種類のリチウムイオン電池に適用することができ、理論的な限界に達しつ
つある二次電池にブレークスルーをもたらすものと考えられる。

図１：シリコン負極とLiMNC正極を使った二次電池の充放電曲線。                       　図中の数字は充放電サイクルの回数

図２には電気化学的にプレドープしたシリコン負極の透過型顕微鏡写真を示
す。シリコン粒子の表面には電気化学的プレドープによってSEI層が形成さ
れている。加圧下でプレドープしたものでは島状のLi₂CO₃を含むSEIが形成さ
れており、電解液や添加材が反応したものと考えられるのに対し、非加圧下
でプレドープしたものにはLi₂Oが主に含まれていた。これは加圧によって高
品質のSEIが形成されることを示していると考えられる。また、超高速MAS固
体核磁気共鳴測定（⁷Li MAS NMR）、およびX線回折測定（XRD）では加圧電解
プレドープした電極で安定なLi₁₅Si₄が生成することが認めらた。これはシリ
コンへのリチウムのドープが偏在していることを示す。これらにより充放電
サイクルを繰り返しても劣化しにくい電極が得られると考える。このように
今回の研究成果は将来の電子機器や乗り物、エネルギー管理システムなどの
さまざまな場面に対応できる高エネルギー二次電池の実現に大きく貢献でき
る。

【要点】
①二次電池の高容量化につながるシリコン含有負極の利用を可能とする加圧
電解プレドープ技術を開発。
②加圧することで、従来の方法に比べて電気化学的プレドープを大電流で行
うことができ、量産技術への適用も可能な処理速度が達成できた。
③この技術を用いれば、不可逆容量の原因である負極活物質の固体電解質界
面（SEI）層形成を電池の組み立て前に行うことができるため、従来の黒鉛
負極で最大１０％程度、シリコン含有負極で最大20％程度容量が増大。その
割合、つまり容量が増加する割合はプレドープ時間に依存しますが、加圧す
ることで実用的な速度での高容量化が可能となる。また、加圧下での電解反
応によって高品質の固体電解質界面（SEI）層が 形成されるため、充放電サ
イクル寿命も長くなる。


図１　上）今までの実験による材料開発プロセス。下）本研究で提案する材
料開発プロセス。

有機半導体の移動度シミュレーション予測技術
有機半導体は低温プロセスでの印刷が可能な次世代電子材料として期待され、
盛んに研究されている。印刷性能を持った、さまざまな新規有機半導体分子
が合成されているが、ＲＦＩＤタグやセンサーなどのハイエンドデバイスに
使える高移動度な分子の開発は容易でない----材料開発の現場は、試行錯誤
を繰り返し、半導体分子をデザイン・合成し、結晶成長条件などを調整、単
結晶を作製する。得られた単結晶を結晶をＸ線構造解析し、材料に適したト
ランジスタを作製することで、移動度が評価され判別----ため、有機半導体
の実用化を推進には、材料開発プロセスの効率化が鍵である（図１上）。こ
れまで、シミュレーションを用いた移動度予測研究は、結晶構造のデータが
なければできず、単結晶を用いたＸ線構造解析実験が必須。また、化学構造
式から結晶構造を理論予測する研究もあるが、予測精度に課題を残す。一分
子の化学構造式から、分子集合体である有機半導体の移動度などを迅速に高
精度で予測する方法論の開発が望まれていた。共同研究グループは、多くの
試行錯誤を必要とする単結晶作製とそのＸ線構造解析を実施することなく、
分子の化学構造式から移動度を予測するシミュレーションに成功（図１下）。

①予測構造に対する移動度の大きさと温度依存性を迅速に予測する大規模量
子伝導シミュレーション法、②網羅的な結晶構造探索とエネルギー評価によ
る結晶構造予測シミュレーション法を開発に成功しており、これらのシミュ
レーション法に、大きな単結晶よりも簡便に得られる粉末結晶のＸ線回折パ
ターンを利用した新しい評価法を導入で、予測精度を向上、予測時間を短縮
させ、高性能半導体分子C10-DNBDT にこれらの手法を用いたシミュレーショ
ンを適用し、結晶構造やトランジスタ移動度を精度良く再現実証（図２）。



今後の展開 今回はC10-DNBDTで実証したが、今後は適用例を増やし、方法論
の改良、更なる効率化や精度向上を目指す。また、大規模量子伝導シミュレ
ーション法は温度差から発電する熱電物性の計算にも拡張でき、同上成果は
有機半導体の移動度だけでなく、熱電物性や熱伝導などの機能予測にも展開
可能で、幅広い分野への波及効果が期待できる。



最新高速充電技術　バッテリー性能検査時間を９８％短縮　
２月１９日、スタンフォード大学の研究グループは、時間のかかる実験で多
くの設計パラメーターを同時に最適化すると、広範な科学および工学分野で
ボトルネックが発生----例えば、材料の選択、セルの製造、および操作中の
リチウムイオン電池のプロセスおよび制御の最適化で、----典型例として、
バッテリー寿命の最大化だが、寿命評価実験に、数か月から数年かかり、大
量のパラメータ空間とサンプルのばらつきの双方が、多数の実験を必要とす
る。ここでは、サイクル寿命の最大化に、６段階の１０分間の急速充電の規
格電流／電圧パラメーター空間を効率的に最適化する機械学習方法論を原理
実証する。２つの重要な要素を組み合わせ最適化コストの削減、実験時間を
９８％短縮したことを公表。


初期予測モデル、初期数サイクルデータを使用し最終サイクル寿命予測する
ことで実験毎の時間短縮を行い、ベイジアン最適化アルゴリズム探査バラン
スをとり、充電規格ラメーター空間を効率的に調査実験---１６日間、２２４
候補の中から高サイクル寿命充電規格を迅速に識別し（早期予測なしの網羅
的検索を適用した５００日以上と比較）、その後、最適化アプローチ精度と
効率を検証。この結果、閉ループ方法論は、過去の実験の帰還制御の自動的
に取り入れ将来を決定通知し、バッテリー設計の他のアプリケーション、さ
らに時間のかかる実験と多次元設計空間含む他の科学分野に一般化した。

表１.早期結果予測でエラスティックネット（弾性網）選択機能----モデル、
フィーチャ重み、フィーチャのスケーリング手段、偏差


ワイドバンドギャップ半導体パワーデバイス先駆国・日本！
低炭素社会実現に向けて、“石油を燃やすエネルギー”から”電気エネルギー”
への転換が進んでいる。これに伴って、電力化率は今後増加するとみられてい
る。その流れで、エネルギー自給率の増加や地球温暖化ガスの削減に向けて、
再生可能エネルギーの導入が進んでいる。2030年度の目標は、再生可能エネル
ギーの導入量を現状の約1.5倍となる22～24％程度に高める。目標達成の鍵を
握るのがパワーエレクトロニクス技術だ。その代表的な装置である電源の研究
開発トレンドが高効率化と小型化である。このうち高効率化は、電源に使用す
るパワー半導体デバイスのほか、インダクターやコンデンサーといった受動（
パッシブ）部品の高性能化と回路の工夫により達成されてきた。現在のパワー
半導体デバイスの主流は、Si（シリコン）を用いたパワーデバイスである。こ
こにきて、SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャ
ップ半導体パワーデバイスが実用化の段階を迎えている。性能指数が優れ、高
効率化が期待できる。一方、電源の小型化（電力密度の高密度化）は15年で１
桁程度の進展がみられる。スイッチング周波数の高周波化が効いている。ただ
し、スイッチング周波数を高周波化すると、パワー半導体デバイスが有する寄
生容量に起因した損失が増加する。このため、オン抵抗Ｒonやゲートの総電荷
量Ｑgの小さい横型GaNパワーデバイスへの期待が大きい。

このような元素を設計できる超原子は，レアメタルの代替のみならず，現在の
周期表では表せない新元素も作り出せる可能性があるとして期待されている新
しい物質群となる。しかし，こうした超原子の合成はこれまで気相系での極微
量合成が主だった。そのため，素材として利用するには量合成やクラスターの
組成を制御した手法が必要とされていた。研究グループは樹状高分子であるデ
ンドリマーを用いてガリウムクラスターを合成することで，ハロゲン超原子の
液相での合成に成功した。樹状高分子であるフェニルアゾメチンデンドリマー
に塩化ガリウムを集積し，これを還元することで13個や3個などガリウムの原子
数を精密に規定した金属クラスターを合成した。得られたクラスターの特性を
調べた結果，ガリウムの性質が1nm程度のクラスターにすることで劇的に変化す
ることが分かった。なかでも13個のガリウム原子からなる金属クラスター（Ga
13）が，ハロゲンに似た性質を持つことを酸化還元特性やクラスターの硬さか
ら実証した。研究グループはこれまでに，アルミニウムクラスターの超原子を
合成し，その物性について明らかにしてきた。今回はガリウムを用いることで
新たな超原子への展開に成功。超原子は設計次第で，安価な元素から希少元素
の特性を生み出せるとされている。それを実現していくには数個の金属元素を
精密に組み上げる必要があるという。今回の研究ではガリウムを用いたが，別
の元素でも超原子を作ることは可能であり，また合金化することでその可能性
はさらに広がる。

超原子は設計次第で、安価な元素から希少元素の特性を生み出せるとされてい
る。それを実現していくには数個の金属元素を精密に組み上げる必要がある。
今回の研究ではガリウムを用いたが、別の元素でも超原子を作ることは可能で
あり、また合金化することでその可能性はさらに広がると期待される。



最新全固体型カリウムイオン電池技術
特許事例：特開2019-121595　フッ化物イオン伝導体
　　　　　　　　　　　　　　およびフッ化物イオン二次電池
【概説】
二次電池の一種に、シャトルコック型電池がある。シャトルコック型電池では、
正極と負極との間を電解質を介してイオンが移動することにより、充放電が行
われる。移動するイオンにリチウムイオンを用いたリチウムイオン二次電池が、
シャトルコック型電池として広く普及している。近年、リチウムイオンの代わ
りにフッ化物イオンを用いたフッ化物イオン二次電池が報告されている。特許
文献１には、フッ化物ソリッドステート二次電池に使用可能な固体電解質が開
示されている。特許文献１に開示されている固体電解質の例は、アルカリ土類
金属フッ化物（ＣａＦ₂、ＳｒＦ₂、ＢａＦ₂）をベースとし、希土類金属フッ化
物および／またはアルカリ金属フッ化物（ＬｉＦ、ＫＦ、ＮａＦ）および／ま
たはアルカリ金属塩化物（ＬｉＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ）の合金添加物との複
合フッ化物である。特許文献２には、電子絶縁非晶質イオン伝導体組成物であ
って、ガラス網目修飾剤をさらに含む組成物が開示されている。特許文献２に
開示のガラス網目修飾剤は、ＬａＦ₃、ＢｉＦ₃、ＰｂＦ₂、ＫＦ、ＣａＦ₂、Ｂａ
Ｆ₂、ＳｎＦ₂、ＳｒＦ₂または希土類金属フッ化物である。
【特許文献１】特表2008-537312号公報     
【特許文献２】特表2013-510409号公報     
本開示の一態様に係るフッ化物イオン伝導体は、カリウムと、カルシウム、バ
リウム、及びストロンチウムからなる群より選択される少なくとも１種のアル
カリ土類金属と、フッ素とを含有する。前記フッ化物イオン伝導体は、前記カ
リウムと前記少なくとも１種のアルカリ土類金属と前記フッ素とを含有する化
合物の相を含む。
【発明の効果】
本開示のフッ化物イオン伝導体は、新規なフッ化物イオン伝導体である。本開
示のフッ化物イオン伝導体は、例えば、フッ化物イオン二次電池に使用可能で
ある。



図１のごとく、フッ化物イオン伝導体は、カリウムと、カルシウム、バリウム、
及びストロンチウムからなる群より選択される少なくとも１種のアルカリ土類
金属と、フッ素とを含有する。フッ化物イオン伝導体は、カリウムと少なくと
も１種のアルカリ土類金属とフッ素とを含有する化合物の相を含む。例えばフ
ッ化物イオン二次電池に使用可能である、新規なフッ化物イオン伝導体を提供
する。 本開示の一態様に係るフッ化物イオン伝導体は、カリウムと、カルシ
ウム、バリウム、及びストロンチウムからなる群より選択される少なくとも１
種のアルカリ土類金属と、フッ素とを含有する。前記フッ化物イオン伝導体は、
前記カリウムと前記少なくとも１種のアルカリ土類金属と前記フッ素とを含有
する化合物の相を含む。本開示のフッ化物イオン伝導体は、新規なフッ化物イ
オン伝導体である。本開示のフッ化物イオン伝導体は、例えば、フッ化物イオ
ン二次電池に使用可能である。

【符号の説明】　１  フッ化物イオン二次電池  ２  正極層  ３  電解質層
４  負極層  ５  正極集電体  ６  負極集電体  ５１  セル  ５２  電解質
層  ５３  金箔

【特許請求の範囲】
【請求項１】  カリウムと、カルシウム、バリウム、及びストロンチウムから
なる群より選択される少なくとも１種のアルカリ土類金属と、フッ素とを含有
するフッ化物イオン伝導体であって、前記カリウムと前記少なくとも１種のア
ルカリ土類金属と前記フッ素とを含有する化合物の相を含む、フッ化物イオン
伝導体。
【請求項２】前記カリウムと前記少なくとも１種のアルカリ土類金属と前記フ
ッ素とを含有する混合物の相をさらに含む、請求項１に記載のフッ化物イオン
伝導体。
【請求項３】前記カリウムと、前記少なくとも１種のアルカリ土類金属と、前
記フッ素からなる、請求項１または２に記載のフッ化物イオン伝導体。
【請求項４】前記少なくとも１種のアルカリ土類金属は、前記カルシウムを含
み、前記フッ化物イオン伝導体の平均組成において、前記カリウムと前記少な
くとも１種のアルカリ土類金属との総モル数に対する前記少なくとも１種のア
ルカリ土類金属のモル数の比率が、０．２以上、かつ、０．３以下である、請
求項１から３のいずれか一項に記載のフッ化物イオン伝導体。
【請求項５】前記少なくとも１種のアルカリ土類金属は、前記カルシウムであ
る、請求項４に記載のフッ化物イオン伝導体。
【請求項６】前記少なくとも１種のアルカリ土類金属は、前記ストロンチウム
を含み、前記フッ化物イオン伝導体の平均組成において、前記カリウムと前記
少なくとも１種のアルカリ土類金属との総モル数に対する前記少なくとも１種
のアルカリ土類金属のモル数の比率が、０．１以上、かつ、０．６以下である、
請求項１から３のいずれか一項に記載のフッ化物イオン伝導体。
【請求項７】前記少なくとも１種のアルカリ土類金属は、前記ストロンチウム
である、請求項６に記載のフッ化物イオン伝導体。

【請求項８】前記少なくとも１種のアルカリ土類金属は、前記バリウムを含
み、前記フッ化物イオン伝導体の平均組成において、前記カリウムと前記少
なくとも１種のアルカリ土類金属との総モル数に対する前記少なくとも１種
のアルカリ土類金属のモル数の比率が、０．１以上、かつ、０．８以下であ
る、請求項１から３のいずれか一項に記載のフッ化物イオン伝導体。
【請求項９】前記少なくとも１種のアルカリ土類金属は、前記バリウムであ
る、請求項８に記載のフッ化物イオン伝導体。
【請求項１０】正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された、
フッ化物イオン伝導性を有する電解質とを備え、前記正極、前記負極、及び
前記電解質の少なくとも１つが、請求項１から９のいずれか一項に記載のフ
ッ化物イオン伝導体を含む、フッ化物イオン二次電池。
【請求項１１】前記負極が前記フッ化物イオン伝導体を含む、請求項１０に
記載のフッ化物イオン二次電池。
【請求項１２】前記負極が、負極活物質と、前記負極活物質を被覆する被覆
材とを含み、前記被覆材が前記フッ化物イオン伝導体を含有する、請求項１１
に記載のフッ化物イオン二次電池。
【請求項１３】前記正極が前記フッ化物イオン伝導体を含む、請求項１０か
ら１２のいずれか一項に記載のフッ化物イオン二次電池。
【請求項１４】前記正極が、正極活物質と、前記正極活物質を被覆する被覆材
とを含み、前記被覆材が前記フッ化物イオン伝導体を含有する、請求項１３に
記載のフッ化物イオン二次電池。
【請求項１５】前記電解質が、液体電解質である、請求項１０から１４のい
ずれか一項に記載のフッ化物イオン二次電池。
【請求項１６】前記電解質が前記フッ化物イオン伝導体を含む、請求項１０
から１４のいずれか一項に記載のフッ化物イオン二次電池。
【請求項１７】前記正極が、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｚｎ、
Ｇａ、およびＣからなる群より選択される少なくとも１種を含有する正極活
物質を含む、請求項１０から１６のいずれか一項に記載のフッ化物イオン二
次電池。
【請求項１８】前記負極が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｒｂ、Ｇｅ、Ｃｓ、
Ｍｇ、Ｋ、Ｎａ、Ｌａ、Ｃａ、Ｂａ、およびＳｒからなる群より選択される
少なくとも１種を含有する負極活物質を含む、請求項１０から１７のいずれ
か一項に記載のフッ化物イオン二次電池。

【世界の工芸：#CraftsOfTheWorld#NinoCaruso】



カルーソ、ニーノ（イタリア）Niono Caruso（左）
カルーソ（1928-2017）神話性、象徴性を制作におけるテーマの一つとする。
初期は、それらを自己の故郷の記憶と結びつけた装飾的な器物を制作したが、
次第に古代ローマの遺跡等を思わせる壁面や柱、門などの形態制作を通じて、
古代と現代を結ぶ空間の構築へと向かう。こうしたカルーソの表現は、日本
を含め世界中で高い評価を得ている。

陶  彫  Crramle Scutpture
共蓋壺　Covered Jar
壺　　　Jar
カルロ・ザウリ　20世紀の最も重要な彫刻家の一人。1950年代に陶芸の主要
な賞を受賞、1960年代初頭、調和的でありながら破壊的な「自然性」と絡み
合う。バグダッドの宮殿とクウェート市の政府印刷事務所の大きなレリーフ
が建てられた1958年以来、1970年代から1980年代にかけて、作品の常設展示
を設置
ザウリ、カルロ（イタリア）Carto Zauli(右）
陶  彫  Crramle Scutpture
白軸壺  Jar
水平なふろえ Horizontal Vibration

●　今夜の寸評：新型コロナ迅速検出を！②
国際的臨検場に最先端ウイルス迅速検出研究所を建設し、水際ウイルス検出
研究を開始せよ（予算：初年度５千億円／１カ所）。

【最新特許ウイルス検出技術】
特開2020-22374　 微生物検査（ＡＴＰ生物発光法）
特開2020-020805　生物学的サンプルの画像分析および測定（生物学的試料
画像分析法）
特開2020-011962　高度に濃縮された薬学的製剤（抗ＣＤ２０抗体）