— Но изначально ваша специальность была далека от всего, что связано с электричеством и электротехникой, и по окончании университета ни о каких батарейках вы не помышляли.

— Так и есть. В 1972 году я окончил кафедру органической химии в Университете Киото и поступил в корпорацию Asahi Kasei. Это многоотраслевой холдинг (его годовой оборот — около 20 млрд долларов в год. — « Эксперт» ), здесь разрабатывают, производят и продают различную химическую продукцию. Чем только не занимается компания: строительными и конструкционными материалами, электронными компонентами, химическим и искусственным волокном и нитями, тканями и неткаными материалами, было даже собственное фармацевтическое подразделение. Еще какие-то отделы, вероятно, появлялись или исчезали, уже когда я работал в компании. Важнее, однако, другое: там было одно подразделение, которое ведало только бизнесом, и другое — самостоятельный исследовательский блок Лаборатория Кавасаки, куда я и попал работать. Здесь занимались исследованием материалов и всяких химических процессов, поэтому для меня было совершенно логично, окончив отделение органической химии, в итоге поступить на работу именно в эту лабораторию. Там мне была определена тема, по которой обычно работают несколько только поступивших на должность исследователя выпускников университета. Вот с этого все началось. И затем — опять-таки совершенно обычная практика для этой лаборатории, — если молодые ученые сразу не нашли себя в тех или иных направлениях исследований или они им стали неинтересны, их могут перекинуть на другие темы, они могут попробовать себя в других сферах деятельности. И тема, которая привела к батарейкам, для меня была, кстати, уже четвертой, которой я занимался в этой лаборатории.

— Вы именно о литий- ионных батарейках говорите?

— Я начал заниматься полиацетиленом, который мог бы использоваться в литий-ионных батареях в качестве катодного материала. Было это где-то в 1981 году.

— Почему в истории с литий- ионными батареями этот углеродистый полимер оказывается так важен?

— Полиацетилен представляет собой электрический проводящий полимер, его свойства были изучены профессором Хидэки Сиракавой, который получил за это открытие Нобелевскую премию по химии в 2000 году. Связь здесь такая. Как вы знаете, существуют так называемые первичные — одноразовые — батареи и вторичные, перезаряжаемые, то есть аккумуляторные батареи. Аккумуляторные очевидно удобнее одноразовых. Известны аккумуляторные батареи с водным электролитом — никель-кадмиевые и никель-магниевые батарейки, популярные на рынке еще лет десять-пятнадцать назад и сейчас часто еще применяемые в различных переносных электромеханических устройствах, таких как шуруповерты, где требуется большой ток разряда. Так вот они как раз из таких батарей — с водным электролитом. Но проблема «водных» аккумуляторов заключается в том, что напряжения выше 1,5 вольта они выдать не в состоянии, так как при более высоком напряжении там начинаются электролизные процессы. Это означает, что ни снизить серьезно вес батареи, ни повысить плотность накопленной в ней энергии нельзя. Батареи же с неводными электролитами способны давать напряжение 3 вольта и более, а значит, при той же плотности накопленной энергии могут быть в разы более легкими и в одной ячейке питания хранить столько же энергии, сколько в нескольких водных аккумуляторах, что и требовалось для получающей все большее распространение портативной техники. В начале 1970-х быстро нашли место на рынке первичные элементы, незаряжаемые «батарейки» — легкие и с довольно большой удельной энергией батареи с безводным электролитом и с литиевым анодом, позволившие резко повысить как рабочее напряжение батареи, так и ее удельную энергию. Так появились одноразовые литиевые батареи, известные на рынке и сегодня.

— А разработка аккумуляторов на безводной основе застопорилась?

— Если разработка первичных элементов с литиевым анодом увенчалась сравнительно быстрым успехом и такие элементы прочно заняли свое место как источники питания портативной техники, то создание безводных литий-ионных аккумуляторов натолкнулось на принципиальные трудности — на их преодоление потребовалось более двадцати лет. На создание такой батареи у меня лично ушло в итоге почти пятнадцать лет.

Как я уже говорил, я начал заниматься полиацетиленом, который мог использоваться в таких батареях в качестве катодного материала, примерно в 1981 году. Тогда стало ясно, что этот углеродистый материал оказался весьма удобной матрицей для интеркаляции, вкрапления, ионов лития (при разряде такого аккумулятора происходит деинтеркаляция ионов лития из углеродного материала, а во время зарядки — интеркаляция, ионы как бы заполняют ячейки углеродистого материала. — « Эксперт» ). Но скоро я понял, что, хотя полиацетиленовая ячейка вполне функциональна, ее низкая реальная плотность ограничивает доступный энергетический потенциал батареи, к тому же химическая стабильность материала оказалась ограниченной. Поэтому для применения в качестве отрицательного электрода я изучил пригодность нескольких других углеродистых материалов. И обнаружил, что некоторые из них, с определенной кристаллической структурой нанометровой величины — углеродные волокна, выращенные из паровой фазы моими коллегами Оберлином, Эндо и Коямой за несколько лет до этого, могут обеспечивать большую мощность батареи в целом.

Акира Йосино уверен, что беспроводная передача электроэнергии станет следующим технологическим прорывом

Фото: Александр Крупнов

— Когда вы почувствовали, что находитесь на пороге успеха?

— Приемлемую аккумуляторную батарею я изготовил уже в 1985 году, когда понял, из какого материала нужно делать анодную часть литий-ионной батареи. На этот раз мне помогла в этом работа американского ученого из Техасского университета Джона Гуденофа. Еще в 1980-м он опубликовал в журнале Material Research Bulletin статью, в которой описал свойства LiCoO sub 2 /sub в качестве возможного анодного материала для вторичной батареи. А ученые Ядзами и Тузаин провели первые удачные эксперименты по интеркаляции ионов лития из литированных оксидов кобальта в углеродный материал.