Японцы о российском порыве в области нанотехнологий

JB Press (Япония): Россия победила Японию в области производства материала для аккумуляторов электромобилей

• 
•  © ladapriora.ru

Россия победила Японию в области разработки высокотехнологичного сырья…

Прочитав эту фразу, меня могут заподозрить в фальсификации. Сырьевая промышленность — это важная сфера, в которой Япония обладает высокой конкурентоспособностью и по сей день. Многая японская продукция занимает верхние строчки мирового рейтинга: высокопрочная сталь, углеволокно, легированная сталь и так далее.

При этом, что касается российской сырьевой промышленности, то высококачественная продукция встречается редко: навскидку можно назвать титан, однако в основном у нее плохие отзывы.

Например, российский листовой оцинкованный металл, который применяется в автомобильной промышленности, не идет ни в какое сравнение с японским. Действительно, российский металл просто покрыт слоем цинка. Если его немного согнуть, то цинк отходит. Проблема не только в цинке. Толщина листов не выдерживается; также в металле много примесей.

Невозможно изготовить высококачественный продукт из подобного листового металла. В России совершенно нереально достигнуть японского качества. Одна из причин заключается в слабых возможностях сырьевой промышленности.

Тем не менее, что касается разработки углеродных нанотрубок, которые повышают производительность литий-ионных батарей, применяющихся в электромобилях, то, по всей видимости, российская продукция действительно обошла японскую.

Углеродные нанотрубки стали новым долгожданным материалом, который обладает высокой емкостью и плотностью.

Тем не менее этот материал был очень дорогим: несколько десятков тысяч йен за один грамм; в десять раз дороже необработанного золота. Из такого материла невозможно было изготовить продукцию по приемлемой цене, поэтому никто не мог найти ему применение.

И вдруг российское отделение компании «Оксиал» (OCSiAl) разработало метод производства углеродных нанотрубок по цене 300 йен за грамм. И действительно, была создана логистическая система и начались продажи по заявленной цене.

Что такое углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки — трубки размеров молекулярного порядка, свернутые из атомов углерода.

Как видно по кристаллу углерода, атом углерода обладает крепкими межатомными связями, благодаря чему материал обладает такими физическими свойствами, как прочность и так далее.

Углеродные нанотрубки выдерживают силу тока в тысячу раз больше, чем медь; обладают теплопроводностью примерно в семь раз больше, чем медь; их прочность в 8 — 80 раз больше, чем у углеродного волокна.

Как следует из названия, эти трубки характеризуются наноразмером, поэтому самим по себе применения им нет. Тем не менее поскольку они обладают продвинутыми физическими свойствами, благодаря их добавлению можно повысить характеристики конечного материала.

Например, если добавить углеродные нанотрубки в пластик, он приобретает свойство проводить электричество.

Поскольку добавляется крайне малое количество, прозрачный пластик остается прозрачным. С виду это обычный пластик, однако он проводит электричество.

В настоящее время наибольшие ожидания связаны с повышением характеристик аккумуляторов второго поколения для электромобилей. Углеродные нанотрубки хорошо проводят электричество. Они длинные и не очень широкие. Трубки образуют взаимосвязи, что способствует формированию канала для электрического тока.

Если их добавить в порошок, они соединяют частицы за счет электропроводимости. Добавив углеродные нанотрубки в материал, из которого изготавливаются литий-ионные батареи, можно повысить производительность аккумуляторов благодаря тому, что частицы начинают лучше проводить ток.

Кроме того, японский Национальный институт материаловедения и Агентство по науке и технологиям разрабатывают другой тип аккумуляторов: литий-воздушные с применением углеродных нанотрубок в катоде. Емкость подобных аккумуляторов в 15 раз превышает емкость литий-ионных. Исследования проводятся совместно с компанией SoftBank.

Химическая реакция в аккумуляторе способствует накоплению частиц, которые препятствуют прохождению электрического тока.

Углеродные нанотрубки меняют форму, и в них накапливаются подобные частицы, однако поскольку они обладают свойством формировать каналы, по которым электричеству проще проходить, они поддерживают электрический поток внутри аккумулятора. Эта характеристика углеродных нанотрубок обеспечивает большую емкость аккумулятора.

Ранее было известно, что углеродные нанотрубки позволяют повысить характеристики различной продукции, однако они не использовались из-за стоимости, в десять раз превышающей цену золота.

Несмотря на то, что небольшое количество углеродных нанотрубок может улучшить физические свойства, их добавление в сырье значительно повышает стоимость продукта, и даже сильно превышает стоимость исходного материала.

Есть два вида углеродных нанотрубок: однослойные и многослойные. Однослойные превосходят по характеристикам многослойные, но их цена была слишком высокой. В связи с этим велись исследования в области методов производства недорогих однослойных углеродных нанотрубок.

В Японии подобные исследования проводит Новая организация развития энергетики и промышленных технологий при участии таких компаний, как «Зеон корпарейшн» (ZEON Corporation) и так далее. Этот проект находится под государственным контролем.

Японские разработки не закончились неудачей

Эффективность выросла в три тысячи раз по сравнению с первоначальным методом. Теперь Япония способна производить однослойные углеродные нанотрубки длиннее в 500 раз. Изначально односложные трубки стоили несколько десятков тысяч йен за один грамм, а теперь они изготавливаются по цене 1000 — 2000 йен за грамм. Более того, японские однослойные углеродные нанотрубки превосходят по чистоте российские образцы.

Тем не менее российская «Оксиал» (OCSiAl) разработала технологию нанесения однослойных углеродных нанотрубок на порошкообразный металл. Она производит однослойные трубки по цене 300 йен за один грамм. Японские образцы чище, однако в три раза дороже.

К сожалению, для японских однослойных углеродных нанотрубок, на данный момент в производстве не требуется такая чистота.

(Поскольку японские нанотрубки характеризуются чистотой, если будут разработаны электронные компоненты, требующие такой чистоты, ценность японских образцов резко возрастет).

Однослойные углеродные нанотрубки существуют для того, чтобы повышать прочность, электропроводимость и теплопроводность материала, в связи с чем, от них требуются именно эти свойства. Даже если в них есть примеси, это не означает негативное влияние на подобные характеристики.

По всей видимости, для повышения производительности литий-ионных батарей достаточно продукции компании «Оксиал». Логистическая система российской компании, в соответствии с которой она предлагает однослойные трубки по цене 300 йен за один грамм, постепенно развивается.

При этом Япония не может поставлять этот вид продукции по такой низкой цене. Можно сказать, что в настоящее время российские однослойные углеродные нанотрубки победили японские.

Россия преуспела в том, чтобы предоставлять продукцию, аналогичную японской, по ценам в три раза дешевле. Японские исследования были эффективны, однако российские оказались эффективнее.

В целом уровень российской промышленности и технологий недостаточно высок, однако если тщательно поискать, то в России можно найти технологии, намного превосходящие японские. Этим Россия интересна.

Начнет ли Россия выпускать первоклассную продукцию?

Итак, будет ли Россия производить продукцию, превосходящую японскую? Скорее всего, нет. Даже если представить, что в России появятся продвинутые технологии, в них не будет смысла, если им не найти практического применения.

Российская промышленность не отличается крупным масштабом и диверсифицированностью. Даже если появляются новые технологии, им сложно найти применение в России. Там непросто внедрить инновации в практическую сферу.

Кроме того, для того, чтобы производить такую продукцию, как автомобили, в которых сочетаются различные технологии, необходим уровень технологий и качества выше среднего.

В этом смысле Россия очень плохо сбалансирована. Даже если брать однослойные углеродные нанотрубки, то сами по себе они не являются конечной продукцией, поэтому для их коммерциализации необходимо сочетание с другими технологиями.

Факт в том, что в России можно найти высокие технологии мирового уровня, подобные углеродным нанотрубкам компании OCSiAl.

Япония преуспела в индустриализации и коммерциализации, поэтому если она откопает и найдет практическое применение подобным российским технологиям, это может вылиться в плодотворное сотрудничество между Японией и Россией.

Котаро Ватанабэ (Kotaro Watanabe)

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.