В России разработали метод производства углеродных нанотрубок (японцы в шоке)

Россия победила Японию в области разработки высокотехнологичного сырья… Прочитав эту фразу, меня (Kotaro Watanabe) могут заподозрить в фальсификации, но не всё так однозначно.

В российской сырьевой промышленности высококачественная продукция встречается редко: навскидку можно назвать титан, однако в основном у нее плохие отзывы. 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.

Российская «Оксиал» (OCSiAl) разработала технологию нанесения однослойных углеродных нанотрубок на порошкообразный металл.  Японские образцы чище, однако в три раза дороже. К сожалению, для японских однослойных углеродных нанотрубок, на данный момент в производстве не требуется такая чистота.

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