Выбор языка

Публикации

 

Международной премией «Глобальная энергия» каждый год отмечают самые выдающиеся достижения в энергетической науке и практике. Авторы этих достижений помогают всему человечеству искать пути решения проблем обеспечения энергией — сегодня и в будущем.

Отец литиевых батарей Акира Йосино: новые грани будущего литиевых батарей

27 июня, 2017

National Business Daily

Перед журналистом сидит человек, держащийся с изяществом и вежливостью. На нем стильный черный костюм, серая сорочка и галстук в темную полоску. Это - известный японский ученый Акира Ёсино.

Если вы не читали его резюме, то ни за что не догадаетесь, что перед вами обладатель бесчисленных наград и «отец литиевых батарей». Он, ни разу не упомянув о своих достижениях, неторопливо рассуждает о деталях технологии производства. Услышав некоторые вопросы, он надолго задумывается и неспешно отвечает, в некоторых особо интересных местах поднимает голову и громко смеется.

По прошествии четырех лет, получив приглашение на «Первую конференцию по финансовым технологиям и инновациям» 2017 года, у журналиста нашего издания вновь появилась возможность встретиться с выдающимся ученым, на этот раз в Шанхае. В этот раз Ёсино воодушевлен стремительным развитием технологий литиевых автомобильных аккумуляторов и вообще автомобилей на новых источниках энергии, а также высоко оценивает китайских производителей литиевых батарей. Он, улыбаясь, говорит, что с помощью японских научно-технических разработок, в технологиях литиевых батарей произошел значительных прорыв, а китайские компании активно сотрудничают с компаниями всего мира, тем самым определяя новые аспекты будущего литиевых батарей. «Хотя технологии постоянно меняются, соответствующие им технические исследования не могут быть проведены одномоментно. В науке и технике всегда так, сначала развитие идет равномерно, потом неожиданно происходит прорыв».

Одно дело на всю жизнь

Лауреатами премии «Глобальная энергия», учрежденной президентом России Владимиром Путиным за выдающиеся научные исследования и научно-технические разработки в сфере энергетики, за 2013 год стали два человека - Акиро Йосино, сотрудник корпорации Асахи Касэй, и российский ученый Владимир Фортов.

На церемонии награждения награду от лица президента России вручил глава «Роснефти» Игорь Сечин. Данная награда является выражением благодарности от лица человечества за научно-технические исследования и реальные достижения. Вклад Акиро Йосино трудно переоценить. Ведь он еще с 80-х годов прошлого века начал исследования в области аккумулирования энергии, а созданные им литиевые батареи произвели настоящую техническую революцию. Благодаря ему удалось снизить вес и габариты диктофонов, сотовых телефонов и планшетных компьютеров, также литиевые батареи нашли свое применение в электро- и гибридных автомобилях.

«Получив звонок из Москвы, я чрезвычайно разволновался», вспоминает Йосино, «в марте 2011 года фукусимская трагедия принесла огромные разрушения, авария на атомной электростанции еще раз напомнила миру, что проблемы в энергетике должны решаться совместными усилиями ученых, вне зависимости от государственных границ».

Подобно множеству других японских ученых, Йосино всю жизнь проработал только в одной компании – в его случае такой компанией стала Асахи Касэй. И все его разработки проводились при полной поддержке этой известной химической корпорации. В марте 1970 года Йосино закончил отделение нефтехимии инженерного факультета Киотского университета, в последующие два года занимался исследовательской работой в том же учебном заведении, а в апреле 1972 года устроился на работу в корпорацию Асахи Касэй.

В 1980 году Асахи Касэй учредила компанию  Миядзаки Электроникс  (в настоящее время известную как Асахи Касэй Электроникс), которая для Акиры Йосино, на тот момент проработавшего в компании уже в течение 8 лет, стала главным делом всей жизни, «современная форма литиевых батарей была разработана за эти пять лет, с 1980 по 1985 год, после этого проводились только различные технические усовершенствования продукта».

Он говорит репортеру, что больше всего переживаний принес именно тот год, когда неожиданно возник спрос на литиевые аккумуляторы со стороны производителей видеокамер. Во всем мире ежемесячно продавалось около миллиона камер. «Трудно было предположить, что в наше время потребность рынка видеокамер составляет всего 1% от всей потребности рынка электроники в литиевых батареях, можно сделать вывод, что за 30 лет скорость развитии этой технологии выросла в 100 раз. От смартфонов и компьютеров до электромобилей, рост отрасли впечатляет».

После 1985 года, получив множество патентов, вроде патента на взрывобезопасную вторичную батарею и патента вторичную батарею с безопасными элементами, он оказывается на пике славы.

Литиевые батареи – это один из типов аккумуляторных батарей, они получили такое широкое распространение в основном из-за высокой безопасности, компактности и энергетической плотности, а 80-е годы XX века стали годом расцвета переносной электроники, для которой литиевые батареи пришлись в самый раз. «Это то, что исследователи должны делать: постоянно изучать потребности наших клиентов и общества в нашей повседневной жизни, думать, как мы можем использовать науку и технологии для удовлетворения этих потребностей. Но вместо классического подхода, когда ученый тщательно продумывает проблему, иногда можно позволить мыслям течь свободно, тогда порой вдохновение приходит само собой», - говорит Йосино.

Он вспоминает, что раньше в качестве электролита в аккумуляторах использовалась вода. Но проблема «водных» аккумуляторов заключается в том, что напряжение выше 1,5 вольт они выдать не в состоянии, так как при более высоком напряжении там начинаются электролизные процессы. Но если заменить воду на органический растворитель и использовать углерод в качестве катода, можно поднять напряжение до 4 вольт и выше.

Кроме того, Асахи Касэй впервые разработала такой прототип литиевых батарей, в котором  на положительном электроде используется литий-кобальтат (оксид металла, содержащий ионы лития). Эти миниатюрные аккумуляторы могут использоваться в мобильных телефонах, ноутбуках, цифровых фотоаппаратах и видеокамерах, портативных музыкальных плеерах, поэтому их появление сыграло такую большую роль.

В 1991 году литиевые батареи наконец-то поступили в продажу во всем мире. Спустя год Ёсино уже занимал должность лидера группы разработки отдела продвижения литий-ионных батарей. В августе 1994 года он стал руководителем отдела разработки технологий батарей, в рамках которого Асахи Касэй сотрудничала с AТ & T.

В этот период аккумуляторы Асахи Касэй продавались не очень успешно, в какое-то время на них почти вообще не было спроса, но неожиданно пришло понимание нового пути продаж, это был 1995 год. «Для нас это был очень важный год, поскольку весь мир вступил в эпоху мобильных технологий. Появились сотовые телефоны, планшетные компьютеры, для которых массово и в большом количестве требовались литиевые батареи, поэтому потребность в литиевых батареях выросла в геометрической прогрессии».

В 1995 году Microsoft выпускает эпохальную операционную систему Windows 95. Благодаря таким нововведениям как «Мой компьютер» и «Internet Explorer», Microsoft резко отрывается от конкурентов, а глобальное научно-техническое сообщество с восторгом принимает Windows 95, все это производит огромное впечатление на Ёсино, находящегося по другую сторону океана.

«Я сам из ИТ-сообщества. ИТ-революция началась в 1995 году. Именно в этом году Майкрософт выпустила Windows 95. И именно с этого момента литиевые батареи начали свое победное шествие по миру», - говорит он. Новые достижения Йосино и группы ученых под его руководством также вызвали симпатию общества и экспертов со всего мира.

Благодаря своим достижениям в области технологий он с 1999 года получил множество наград, включая «Пурпурную ленту» от правительства Японии, медаль Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE)  «За экологические технологии и технологии безопасности, а также высшую награду Национальной инженерной академии США «Премия Чарльза Штарка Драйпера».

Благодаря научно-техническому прогрессу и компании Асахи Касэй также удалось добиться впечатляющих результатов.

Основанная в 1922 году, Асахи Касэй - известная японская химическая корпорация. В 2016 году объем продаж основных химических веществ составил 8,449 млрд. долларов США, компания заняла 39-е место в мировом рейтинге производителей химической продукции.  Асахи Касэй стала одним из лидеров в производстве инженерных пластмасс, огнестойких и сейсмоустойчивых строительных материалов, медицинской техники и электроники.

Исследованиям Йосино в области литиевых батарей, лежащим в сфере интересов компании, компания также уделяет серьезное значение.

Что касается готовой коммерческой продукции, влияние Асахи Касэй на глобальную отрасль литий-ионных батарей выразилось в ее производственных возможностях в области мембран. Одним из лидеров рынка компания стала в феврале 2015 года, приобретя третьего по величине производителя мембран Polypore International за 2,2 млрд. долларов США.

В марте 2017 года Асахи Касэй заявила, что собирается инвестировать 15 млрд. йен в производство мембран для литий-ионных батарей на производственных мощностях в г. Морияма, префектура Сига, производительностью в 200 млн. квадратных метров мембран год. Корпорация планирует достичь к 2020 году объема производства в 1,1 млрд. квадратных метров мембран в год.

Поскольку главной проблемой производства мембран являются высокие требования к технологическому процессу, выдвигаются высочайшие требования к оборудованию и проектированию, стабильности партий продукта и профессионализму работников, поэтому в этой области существует монополия четырех компаний: Асахи Касэй, южнокорейской SKI, американских Toray-BSF и Celar. Эти четыре компании производят 70% мембран в мире. Однако, учитывая растущий спрос на литиевые батареи, китайские предприятия, такие как Cangzhou Mingzhu и Senior Technology Material, также стремятся ускорить свое развитие, чтобы поспеть за стремительным развитием технологий литий-ионных батарей.

Параллельное развитие множества технологий

Двадцать лет назад, во времена появления Windows 95, Йосино по ночам не мог сомкнуть глаз. Сегодня он все еще полон надежд на перспективы развития литий-ионных батарей.

«Говоря о литий-ионных батареях, они в настоящее время применяются главным образом в двух основных областях: это, во-первых, мобильные продукты, такие как мобильные телефоны и компьютеры, где используется около 2/3 всех литиевых батарей; во-вторых, это аккумуляторы для электромобилей. Мир меняется невероятно быстро, согласно нашим данным, если в 2010 году количество электромобилей с литий-ионными батареями было равно нулю, то теперь их почти 30%, в будущем эта доля будет только расти. Появление электромобилей означает появление нового применения для литий-ионных батарей, новых глобальных коммерческих возможностей».

Он не отрицает, что у нынешних автомобильных аккумуляторов имеются некоторые недостатки, но их нельзя свести только к недостаткам технологии литий-ионных батарей, существуют и некоторые объективные причины. В конце концов, мировой опыт в производстве аккумуляторов для ноутбуков превышает 20 лет, а опыт эксплуатации аккумуляторов в электромобилях только начал накапливаться, автомобильная промышленность одновременно пытается и создать эффективный электромобиль, и разработать для него эффективные аккумуляторы.

С другой стороны, автомобиль после выпуска может долгое время находиться на рынке. Обычно полный цикл производства, от проектирования до выпуска, занимает 5 лет. Так, новейшие автомобили 2017 года могли быть спроектированы еще в 2012 году, включая устаревшую конструкцию комплектных литиевых батарей.

Сейчас в этих автомобилях установлены батареи старого типа. Но технический прогресс идет с высокой скоростью, некоторые типы батарей приходится менять каждые три месяца, литий-ионные батареи должны решить эту проблему.

«Иными словами, некоторые полагают, что дальность пробега электромобилей все еще очень мала, и нужно в кратчайшие сроки решить этот вопрос. Я полагаю, что у литиевых батарей действительно есть потенциал в данной области. Однако вы должны понимать особенности разработки автомобилей и циклические характеристики аккумуляторов, для решения этих проблем потребуется время. Например, в 2015 году люди увидели электромобиль с пробегом около 200 километров на одной зарядке, поэтому к 2020 году вы сможете увидеть автомобили с дальностью пробега 400 км. Разумеется, нельзя исключать, что некоторые производители смогут опережать рынок, с точки зрения проектирования, разработки и в технологических процессах, тут тоже имеются возможности для прорывов». Йосино говорит, что дальность пробега на одной зарядке будет увеличиваться, но в какой степени, пока трудно сказать.

Существует множество типов литий-ионных батарей, на рынке есть литий-феррофосфат, литий-тербий, титанат лития и другие технологические решения.

Йосино полагает, что, с точки зрения увеличения пробега автомобиля на одной зарядке, лучшие перспективы у Li(NiCoMn)O2, но если автовладельцу и пассажирам неважен максимальный ежедневный пробег, а их больше интересуют вопросы безопасности и устойчивости батареи к перегреву, то литий-фосфатные и литий-титанатные батарии будут наилучшим выбором. «Невозможно выделить наилучшую технологию, также нужно принимать во внимание, насколько конкретная технология подходит для использования в автомобиле, с точки зрения функциональности, безопасности и других требований, поэтому я считаю, что в течение определенного промежутка времени несколько технологий литиевых батарей будет развиваться параллельно».

Что его еще больше удивило, так это успехи целого легиона китайских производителей литиевых батарей. «BYD и CATL имеют значительный потенциал в данной сфере, и, с точки зрения технологий, я смотрю на них весьма оптимистично», - говорит Йосино. Между японскими и китайскими производителями литиевых батарей есть некоторые отличия. «Основное отличие – в используемых материалах. Японцы дольше занимались исследованиями в области материалов, накопили значительный опыт, и этот факт, конечно же, играет важную роль. Но при этом, с точки зрения сборки, комплектации и внедрения технологических новинок, между японскими и китайскими производителями нет больших различий. Важно другое: где используются батареи, в какой стране, на каком рынке, каковы местные потребности».

Он говорит, что в настоящее время основная конкуренция на рынке литиевых батарей идет между производителями из Японии, США и Кореи, также не стоит недооценивать возможности США и Европы. «Я считаю, что в будущем стоит присмотреться к европейским производителям, там могут происходить интересные вещи».

Материал доступен по ссылке: http://www.nbd.com.cn/articles/2017-06-27/1121364.html 

Developed by Brickwall