Углубленное интервью: диалог с пионерами литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы - типа вашего телефона, ноутбука или электромобиля - полностью изменили расчеты. Эти батареи также меняют транспорт и электрические сети.

Некоторые из ключевых особенностей современных литий-ионных аккумуляторов восходят к работе в Японии в 1980-х годах, в том числе химик Акира Йошино, который помог химическому гиганту Asahi Kasai совершить несколько важных прорывов. Работа Ёшино помогла создать литий-ионные батареи с использованием углерода и оксида лития-кобальта, и они смогли удерживать больше энергии, чем стандартные мобильные батареи того времени.

За свой научный вклад в начале этого месяца Ёсино получил Премию Японии - престижную награду, ежегодно присуждаемую нескольким ученым и изобретателям любой национальности. На прошлой неделе он участвовал в торжестве, на котором присутствовали император Японии Акихито и императрица Митико, чтобы получить свою награду.

За несколько недель до начала церемонии я разговаривал с 70-летним Ёшино через его офис в Токио. Это разговор, который легко редактировать и переводить.

Ференбахер: Когда я начал исследования много лет назад, расскажите, пожалуйста, о состоянии аккумуляторных батарей. В какое время доступен аккумулятор?

Ёшино: Это было в 1981 году, 35 лет назад, когда я начал исследовать батареи. В то время это была никель-кадмиевая вторичная батарея, которую можно было использовать для перемещения перезаряжаемой батареи.

Ференбахер: Почему работает аккумулятор?

Ёшино: Он использовался для зарядки относительно небольших электронных устройств, таких как портативные радиоприемники.

Ференбахер: Что побудило вас открыть для себя прорыв в литий-ионных батареях - углекислый газ и оксид лития-кобальта, а также дизайн батарей?

Ёшино: В 1981 году единственной доступной батареей была никель-кадмиевая. Однако исследования и разработки в то время были очень активными в продвижении малогабаритных батарей. Но, к сожалению, все эти исследования и разработки не увенчались успехом.

Это связано с проблемами, связанными с материалами, из которых изготовлен анод. Исследовательский проект не полностью сосредоточен на батареях. Он начинается с изучения полиацетилена [проводящего полимера], через который может течь ток. Поскольку это материал, через который могут проходить ионы лития, можно разработать анод для вторичной батареи.

Чтобы разработать батарею из полиацетилена с анодом, единственным подходящим и доступным материалом для катода является кобальтат лития. Это развитие было достигнуто в 1983 году.

Но мы продолжаем оценивать и исследовать и в конечном итоге заменяем материал анода углеродом вместо полиацетилена. Вот как вы сегодня разработали литий-ионные батареи.

Ференбахер: Для читателей, которые не знакомы с деталями литий-ионных батарей, что эти детали делают с батареей?

Ёшино: Я хочу сказать, что самым большим достижением этого прорыва является то, что мы создали небольшую и легкую батарею.

Причина этого крупного достижения связана с высоким напряжением в батарее. В случае литий-ионного аккумулятора его напряжение составляет 4,2 вольта. Однако в случае никель-кадмиевого аккумулятора оно составляет всего 1,2 вольт. Я скажу, что это главное или самое большое преимущество или достижение, которого мы достигли.

Ференбахер: Когда вы увидели рынок литий-ионных аккумуляторов сегодня, были ли вы удивлены тем, насколько велик он развивается, настолько ли он важен для компьютеров и мобильных телефонов, основанных на этих основных достижениях?

Ёшино: Еще в 1985 году, когда мы продвигали исследования и разработки в области этой батареи, нашим рынком для аккумуляторов были камеры.

Объем рынка камеры составляет около 1 миллиона батареек в месяц. В то время я думал, что это очень большой рынок.

Батареи, доступные в настоящее время в общем спросе на камеры на рынке рекордеров, составляют лишь 0,2% от общего рынка аккумуляторов. Это означает, что рынок, который мы тогда себе представляли, фактически увеличился в 500 раз.

Ференбахер: Являются ли исследования аккумуляторов, которые вы наблюдаете сегодня, особенно интересными для следующего поколения аккумуляторов?

Ёшино: Я хочу сказать, что за последние несколько лет я совершил крупный прорыв в области твердотельных батарей.

Преимущество твердотельных аккумуляторов в том, что они превосходно зарекомендовали себя по выходным характеристикам и низким температурам.

С научной точки зрения, сейчас мы наблюдаем интерес и исследования основ поведения литий-ионных аккумуляторов.

Ференбахер: Что вдохновило вас стать химиком и заняться хранением энергии?

Ёшино: Первое вдохновение для естествознания я получил от учителя начальной школы. Учитель - химик, который многому меня научил по химии. Он также посоветовал мне прочитать книгу [Майкла] Фарадея под названием «Химическая история свечей», которая считается важным чтением в этой области.

Ференбахер: Что вы посоветуете молодым людям, интересующимся наукой, химией и аккумуляторными технологиями?

Ёшино: Сегодняшнее общество вращается вокруг Интернета, и мы сталкиваемся с большим количеством информации.

Молодые люди склонны неправильно понимать, что в естественных науках исследовать нечего, потому что все было открыто и прояснено. Но скажу, что на самом деле все наоборот. Во всей дисциплине естественных наук то, что сформулировали люди, - это лишь небольшая ее часть.

Ференбахер: Помимо изобретения батареи, что является источником вдохновения в вашей жизни?

Ёшино: Помимо науки, меня особенно интересует история. Причина, по которой меня интересует история, заключается в том, что она включает в себя события, которые произошли в прошлом, а это означает, что ответ уже есть.

Так что, если вы изучите историю, вы узнаете, как реализовать этот ответ. В этом отношении я чувствую, что у вас много общего в том, что касается истории и того, как наука и наука развиваются.

Ференбахер: Скоро состоится церемония вручения японских наград. Вы взволнованы? Каков твой план?

Ёшино: Да, я с нетерпением жду этого события. Меня пригласили на грандиозный ужин, на котором будет присутствовать его Королевское Высочество Японии, и мне посчастливилось сесть рядом с ним.

Страница содержит содержимое машинного перевода.