"Ryssland slog Japan i utvecklingen av högteknologiska råvaror." Efter att ha läst den här frasen kan jag bli misstänkt för förfalskning. Råvaruindustrin är ett viktigt område där Japan är mycket konkurrenskraftigt idag. Det finns mest negativa recensioner om ryska råvaror, men i produktionen av ett material lyckades Ryssland fortfarande kringgå oss,”skriver Kotaro Watanabe.
Ryssland besegrade Japan i utvecklingen av högteknologiska råvaror …
Efter att ha läst den här frasen kan jag bli misstänkt för förfalskning. Råvaruindustrin är ett viktigt område där Japan är mycket konkurrenskraftigt idag. Många japanska produkter är högst upp på den globala rankningen: höghållfast stål, kolfiber, legerat stål och så vidare.
Samtidigt, som för den ryska råvaruindustrin, är högkvalitativa produkter sällsynta: titan kan kallas offhand, men mest har det dåliga recensioner.
Till exempel kan den ryska galvaniserade plåten, som används i fordonsindustrin, inte jämföras med japanerna. Faktum är att rysk metall helt enkelt är belagd med ett lager av zink. Om du böjer den lite, lämnar zinket sig. Problemet är inte bara zink. Arkens tjocklek bibehålls inte; det finns också många föroreningar i metallen.
Det är omöjligt att tillverka en högkvalitativ produkt av sådan plåt. I Ryssland är det helt orealistiskt att uppnå japansk kvalitet. En av orsakerna är råvaruindustrins svaga kapacitet.
När det gäller utvecklingen av kolananorör som ökar prestandan för litiumjonbatterier som används i elektriska fordon verkar det dock som om ryska produkter verkligen har gått förbi japanska.
Kolnanorör har blivit ett efterlängtat nytt material med hög kapacitet och densitet.
Kampanjvideo:
Ändå var detta material mycket dyrt: flera tiotusentals yen per gram; tio gånger dyrare än rått guld. Det var omöjligt att tillverka produkter av sådant material till ett acceptabelt pris, så att ingen kunde hitta något bruk för det.
Plötsligt utvecklade den ryska filialen av Oksial (OCSiAl) en metod för att producera kolananorör till ett pris av 300 yen per gram. I själva verket skapades ett logistiksystem och försäljningen började till det angivna priset.
Vad är kolananorör
Kolananorör är rör i molekylstorlek som rullas upp från kolatomer.
Som framgår av kolkristallen har kolatomen starka interatomiska bindningar, på grund av vilken materialet har sådana fysiska egenskaper som styrka och så vidare.
Kolnanorör kan tåla strömmar tusen gånger större än koppar; ha en värmeledningsförmåga på cirka sju gånger den för koppar; deras styrka är 8 till 80 gånger kolfibern.
Som namnet antyder är dessa rör nanostorlek, så det finns ingen användning på egen hand. Men eftersom de har avancerade fysiska egenskaper kan det att förbättra det slutgiltiga materialets prestanda förbättras.
Om du till exempel lägger till kolananorör i plast kan det leda elektricitet.
Eftersom mycket lite läggs till förblir den klara plasten transparent. Det ser ut som vanlig plast, men den leder elektricitet.
För närvarande är de största förväntningarna relaterade till förbättringen av prestanda för andra generationens batterier för elfordon. Kol nanorör leder elektricitet bra. De är långa och inte särskilt breda. Rören bildar sammankopplingar som underlättar bildandet av en ledning för elektrisk ström.
När de sätts till ett pulver ansluter de partiklarna genom ledning. Genom att tillsätta kolananorör till materialet från vilket litiumjonbatterier är tillverkade, kan batteriets prestanda förbättras genom att partiklarna kan leda bättre.
Dessutom utvecklar det japanska nationella institutet för materialvetenskap och byrån för vetenskap och teknik en annan typ av batteri: litium-luftbatterier som använder kolananorör i katoden. Kapaciteten hos sådana batterier är 15 gånger den för litiumjonbatterier. Forskning bedrivs tillsammans med SoftBank.
En kemisk reaktion i batteriet främjar ansamling av partiklar som hindrar flödet av elektrisk ström.
Kolnanorör ändrar form och ackumulerar sådana partiklar, men eftersom de har förmågan att bilda kanaler genom vilka el lättare kan passera, stöder de flödet av el inuti batteriet. Detta kännetecken för kol nanorör ger en stor batterikapacitet.
Tidigare var det känt att nanorör av kol kan förbättra prestandan för olika produkter, men de användes inte på grund av kostnaden tio gånger priset på guld.
Trots det faktum att en liten mängd kol nanorör kan förbättra fysikaliska egenskaper ökar deras tillsats till råmaterial avsevärt kostnaden för produkten och överskrider till och med kraftigt kostnaden för utgångsmaterialet.
Det finns två typer av kolananorör: enkelväggiga och flerväggade. Enskiktiga överträffar flerlagers, men priset var för högt. I detta avseende genomfördes forskning inom området för metoder för framställning av billiga enväggiga kolnanorör.
I Japan bedrivs liknande forskning av organisationen New Energy and Industrial Technology Development, med deltagande av företag som Zeon Corporation och så vidare. Detta projekt är under regeringskontroll.
Den japanska utvecklingen slutade inte i misslyckande
Effektiviteten har ökat tre tusen gånger jämfört med den ursprungliga metoden. Japan kan nu producera enväggiga kolananorör 500 gånger längre. Ursprungligen kostade monosyllabiska rör flera tiotusentals yen per gram, men nu tillverkas de till ett pris av 1000-2000 yen per gram. Dessutom är japanska enväggiga kolnanorör överlägsna i renhet gentemot ryska prover.
Icke desto mindre har den ryska Oksialen (OCSiAl) utvecklat en teknik för att applicera enväggiga kolnanorör på pulverformig metall. Den tillverkar enskiktsslang för 300 yen per gram. Japanska prover är renare, men tre gånger dyrare.
Tyvärr, för japanska enväggiga kolananorör, krävs inte denna renhet för produktion för tillfället.
(Eftersom japanska nanorör kännetecknas av renhet, om elektroniska komponenter utvecklas som kräver sådan renhet, kommer värdet på japanska mönster att öka dramatiskt.)
Enväggiga kolananorör finns för att öka styrkan, elektrisk ledningsförmåga och värmeledningsförmåga hos ett material, och därför krävs dessa egenskaper av dem. Även om de innehåller föroreningar innebär detta inte en negativ inverkan på sådana egenskaper.
Uppenbarligen är Oxialprodukter tillräckliga för att öka prestanda för litiumjonbatterier. Det ryska företagets logistiksystem, enligt vilket det erbjuder enskiktsrör till ett pris av 300 yen per gram, utvecklas gradvis.
Dessutom kan Japan inte leverera denna typ av produkter till ett så lågt pris. Vi kan säga att de ryska enväggiga kolnanorören för närvarande har besegrat de japanska.
Arbetet i en verkstad i Tyskland.
Ryssland har lyckats leverera produkter som liknar de i Japan till tre gånger priset. Japansk forskning var effektiv, men rysk forskning var effektivare.
I allmänhet är nivån på den ryska industrin och tekniken inte tillräckligt hög, men om du söker noggrant kan du hitta tekniker i Ryssland som är mycket överlägsen japanska. Detta gör Ryssland intressant.
Kommer Ryssland att börja producera förstklassiga produkter?
Så kommer Ryssland att producera produkter som överträffar japanska? Troligen inte. Även om vi föreställer oss att avancerad teknik kommer att dyka upp i Ryssland kommer det inte att vara någon mening med dem om de inte hittar praktisk tillämpning.
Den ryska industrin kännetecknas inte av sin stora skala och diversifiering. Även om ny teknik visas är det svårt för dem att hitta applikationer i Ryssland. Det är inte lätt att förnya sig där i praktiken.
Dessutom krävs en nivå av teknik och kvalitet över genomsnittet för att producera produkter som bilar som kombinerar olika tekniker.
I detta avseende är Ryssland mycket dåligt balanserat. Även om vi tar enväggiga kolananorör är de i sig inte slutprodukter, och därför kräver deras kommersialisering en kombination med annan teknik.
Faktum är att i Ryssland kan du hitta högklassig teknik i världsklass, liknande koldioxid nanorören från OCSiAl-företaget.
Japan har lyckats med industrialisering och kommersialisering, så om den gräver upp och finner praktiska tillämpningar för sådan rysk teknik kan det resultera i fruktbart samarbete mellan Japan och Ryssland.
Kotaro Watanabe
