Предыдущую статью мы закончили фразой "Но тут работам подключились японцы, которые в ту пору тщательно отслеживали и копировали новинки". Современную молодежь может и возмутит эта фраза, но люди постарше помнят, с чего началось "японское чудо".
Японским чудом является не какое-то конкретное достижение, а, скорее, умение работать в коллективе. (Но это мое мнение. я никому его не навязываю, я просто не люблю процессы, которые начинаются словами: "Однажды, лебедь, рак и щука..." и далее по тексту).
Atomic Energy Research Establishment (AERE), выкупив патент Джона Гуденаф, положила его на полку. Но есть нюанс: сейчас все уже забыли, но в японских компаниях существовала когда-то служба, анализирующая "бесперспективные" патенты европейских и американских авторов. (Более того, к нашим патентам у японцев тоже был огромный интерес).
Была такая служба и у группы компаний Asahi Chemical. Патент был проанализирован (но не выкуплен) и пущен в работу. Сейчас это описывают более поэтично.
В своей автобиографии «Литий-ионные аккумуляторы открывают дверь в будущее. Скрытые истории изобретателя» ("Lithium-Ion Batteries Open the Door to the Future, Hidden Stories by the Inventor") Йошино вспоминал: когда он наводил порядок на столе в последний день 1982 г., то наткнулся на забытую им техническую статью 1980 г., написанную в соавторстве с Гуденафом. В статье описывался катод из оксида лития-кобальта. Может быть, он подойдет к его пластиковому аноду?
Но реальность была несколько более... прозаичной. У Акиро Йошино, которому поручили разработку, ранее были свои наработки. Что изменили японцы? Первое (и самое важное) они полностью отказались от работы с металлическим литием. Уиттингем и Гуденаф использовали аноды из металлического лития, который был летучим и даже опасным. Но проблему эту решили даже не японцы (как принято писать).
Проблему в 1980 году решил марокканский инженер и ученый Рашид Язами. Он использовал не металлический литий, а графитовый электрод, в который были вставлены ионы лития. Такой процесс называется интеркаляцией, и он позволил сделать аккумуляторы более пожаробезопасными. Японцы подобрали только оптимальный для него материал (нефтяной кокс).
Заслуга Йошино (в другом написании Йосино) в другом. Японцы попытались решить проблему в лоб, применив мембраны из полиацетилена. Полиацетилен — органическое вещество, полимер ацетилена. В зависимости от способа получения полиацетилен может представлять собой чёрный порошок, сероватый пористый материал, серебристые или золотистые плёнки. Он не растворим ни в одном из известных органических растворителей.
Используя решение Язами, японский ученый Акира Ёсино сделал последний шаг к внедрению литий-ионных аккумуляторов в производство. Он внес в конструкцию несколько усовершенствований, в частности, придумал функциональную мембрану-сепаратор из полиацетилена, которая препятствовала обратному переносу ионов. Усовершенствования Ёсино позволили увеличить напряжение и емкость батарей, снизив при этом их цену.
Принцип аккумулятора простой.
Обычно анод литиевой батареи изготовлен из углерода, а катод батареи изготовлен из оксида кобальта или другого оксида металла. Электролит, используемый для соединения этих двух электродов, представляет собой простой раствор соли, содержащий ионы лития. При разряде положительно заряженные ионы лития движутся к катоду и бомбардируют его, пока он не станет положительно заряженным. Поскольку катод заряжен положительно, он притягивает к себе отрицательно заряженные электроны. Эти электроны заставляют течь ток через нашу цепь, питая ее.
Аналогично во время зарядки происходит прямо противоположное. Электроны из зарядов перетекают в батарею, и, следовательно, ионы лития движутся к аноду, заставляя катод терять свой положительный заряд.
Однако не все шло гладко. Asahi Chemical была прежде всего химической компанией, а не производителем аккумуляторов. Они не знали, как организовать производство в промышленных масштабах. Не было у компании и оборудования для нанесения покрытий и для намотки, необходимого при производстве аккумуляторов. Исследователи создали лишь сырой лабораторный прототип. Чтобы "оформить" аккумулятор, сделав из него батарейку, японцы обратились в американскую компанию Battery Engineering в Бостоне. Работы велись на условиях полной конфиденциальности. Американцы сделали свою часть работы (за небольшое вознаграждение). До 2020 года американцы даже не знали, что участвовали в создании первых в мире литий-ионных АКБ. За создание партии батарей глава фирмы Никола Маринчич взял $30 тыс. (сегодня это было бы $83 тыс.). И все...
21 января 1987 г. представитель Asahi Chemical посетил подразделение Sony, занимающееся видеокамерами, чтобы презентовать новую батарею. Он взял один из привезенных из США батареек (в форм-факторе обычной батарейки С-типа) и прокатил его по столу конференц-зала к своим слушателям.
Поскольку Sony производила одновременно и электронику, и аккумуляторы, ее руководители смогли взглянуть на все и с точки зрения клиента, и с точки зрения поставщика. И...
Нет, все не так быстро. "Sony" попыталась перехватить инициативу. Компания начала работу над литиевыми аккумуляторами, используя химический состав, который, как позже утверждалось в корпоративной истории компании, был создан собственными силами. Но по сути, идея и материалы были те же, но, компания отработала промышленную технологию. Команда Sony во главе с инженером Йошио Ниши достаточно плотно работала с поставщиками над созданием связующих веществ, электролитов, сепараторов и добавок. Они разработали собственные процессы термообработки анода и изготовления катодного порошка в больших объемах. (технологическая проработка, это следующий этап каждого изобретения).
Asahi Chemical пыталась с этим бороться, но...
В 1989 г. один из руководителей Sony позвонил в Atomic Energy Research Establishment в Харуэлле (Англия). Он спросил об одном из патентов лаборатории, который восемь лет пылился без дела, – о катоде Гуденафа. Он сказал, что "Sony" заинтересована в лицензировании этой технологии. Англичане долго думали, и не могли понять на... (зачем) японцам никчемная идея. Но патент все же продали. Ведь патентодержателю за него нужно было платить.
В 1991 г. Sony официально представила новую батарею под ставшим уже привычным сейчас названием «литий-ионная». Ее сразу же начали использовать в портативных видеокамерах, а затем и в мобильных телефонах.
Но это еще далеко не вся история (и мы еще не рассказали о том, почему аккумуляторы взрываются...)
