"Venäjä voitti Japanin korkean teknologian raaka-aineiden kehittämisessä." Luettuani tämän lauseen, minua voidaan epäillä väärentämisestä. Raaka-aineteollisuus on tärkeä alue, jolla Japani on erittäin kilpailukykyinen tähän päivään mennessä. Venäjän raaka-aineista on useimmiten negatiivisia arvosteluja, mutta yhden materiaalin tuotannossa Venäjä pystyi silti ohittamaan meidät”, kirjoittaa Kotaro Watanabe.
Venäjä voitti Japanin korkean teknologian raaka-aineiden kehittämisessä …
Luettuani tämän lauseen, minua voidaan epäillä väärentämisestä. Raaka-aineteollisuus on tärkeä alue, jolla Japani on erittäin kilpailukykyinen tähän päivään mennessä. Monet japanilaiset tuotteet ovat maailmanluokan kärjessä: erittäin luja teräs, hiilikuitu, seosteräs jne.
Samanaikaisesti, kuten Venäjän raaka-aineteollisuudessa, korkealaatuiset tuotteet ovat harvinaisia: titaania voidaan kutsua offhandiksi, mutta useimmiten sillä on huonoja arvosteluja.
Esimerkiksi autoteollisuudessa käytettävää venäläistä galvanoitua ohutlevyä ei voida verrata japanilaisiin. Venäläinen metalli on todellakin yksinkertaisesti päällystetty sinkkikerroksella. Jos taivutat sitä vähän, sinkki lähtee. Ongelma ei ole vain sinkki. Arkkien paksuus ei säily; metallissa on myös monia epäpuhtauksia.
Tällaisesta ohutlevystä on mahdotonta valmistaa korkealaatuista tuotetta. Venäjällä on täysin epärealistista saavuttaa japanilaista laatua. Yksi syy on raaka-aineteollisuuden heikko kapasiteetti.
Sitä vastoin hiilinanoputkien kehittämisessä, jotka lisäävät sähköajoneuvoissa käytettävien litium-ioni-akkujen suorituskykyä, näyttää siltä, että venäläiset tuotteet ovat todella ohittaneet japanilaisten paristot.
Hiilinanoputkista on tullut kauan odotettu uusi materiaali, jolla on suuri kapasiteetti ja tiheys.
Mainosvideo:
Siitä huolimatta tämä materiaali oli erittäin kallista: useita kymmeniä tuhansia jenejä grammaa kohti; kymmenen kertaa kalliimpaa kuin raaka kulta. Tällaisesta materiaalista oli mahdotonta valmistaa tuotteita kohtuulliseen hintaan, joten kukaan ei löytänyt käyttötarkoitusta sille.
Ja yhtäkkiä Oksialin venäläinen sivuliike (OCSiAl) kehitti menetelmän hiilinanoputkien tuottamiseksi hintaan 300 jeniä grammaa kohti. Itse asiassa luotiin logistiikkajärjestelmä ja myynti alkoi ilmoitetulla hinnalla.
Mitä hiilinanoputket ovat?
Hiilinanoputket ovat molekyylikokoisia putkia, jotka on rullattu hiiliatomeista.
Kuten hiilikristallista voidaan nähdä, hiiliatomilla on vahvat interatomiset sidokset, joiden vuoksi materiaalilla on sellaiset fysikaaliset ominaisuudet kuin lujuus ja niin edelleen.
Hiilinanoputket kestävät tuhat kertaa suuremmat virrat kuin kupari; niiden lämmönjohtavuus on noin seitsemän kertaa kuparin; niiden lujuus on 8 - 80 kertaa hiilikuidun vahvuus.
Kuten nimestä voi päätellä, nämä putket ovat nanokokoisia, joten niitä ei käytetä yksinään. Koska niiden fysikaaliset ominaisuudet ovat edistyneitä, niiden lisääminen voi parantaa lopullisen materiaalin suorituskykyä.
Esimerkiksi, jos lisäät hiilinanoputkia muoviin, se voi johtaa sähköä.
Koska hyvin vähän lisätään, kirkas muovi pysyy läpinäkyvänä. Se näyttää tavalliselta muovilta, mutta johtaa sähköä.
Suurimmat odotukset liittyvät tällä hetkellä sähköajoneuvojen toisen sukupolven akkujen suorituskyvyn parantamiseen. Hiilinanoputket johtavat sähköä hyvin. Ne ovat pitkiä ja eivät kovin leveitä. Putket muodostavat kytkentöjä, jotka helpottavat putken muodostumista sähkövirralle.
Kun jauheeseen lisätään, ne yhdistävät hiukkaset johtavuudella. Lisäämällä hiilinanoputkia materiaaliin, josta litium-ioni-akkuja valmistetaan, akkujen suorituskykyä voidaan parantaa antamalla hiukkasten paremman käytön.
Lisäksi Japanin kansallinen materiaalitieteellinen instituutti ja Tiede- ja teknologiavirasto kehittävät toisen tyyppisiä akkuja: litium-ilma-akkuja, joissa käytetään katodissa hiilinanoputkia. Tällaisten paristojen kapasiteetti on 15-kertainen litium-ioni-akkujen kapasiteetin kanssa. Tutkimus tehdään yhdessä SoftBankin kanssa.
Kemiallinen reaktio akussa edistää hiukkasten kertymistä, jotka estävät sähkövirran virtausta.
Hiilinanoputket muuttavat muotoa ja keräävät sellaisia hiukkasia, mutta koska niillä on kyky muodostaa kanavia, joiden kautta sähkö pääsee helpommin läpi, ne tukevat sähkön virtausta akun sisällä. Tämä hiilinanoputkien ominaisuus tarjoaa suuren akun kapasiteetin.
Aikaisemmin tiedettiin, että hiilinanoputket voivat parantaa eri tuotteiden suorituskykyä, mutta niitä ei käytetty, koska kustannukset olivat kymmenkertaiset kullan hintaan.
Huolimatta siitä, että pieni määrä hiilinanoputkia voi parantaa fysikaalisia ominaisuuksia, niiden lisääminen raaka-aineisiin lisää merkittävästi tuotteen kustannuksia ja jopa suuresti ylittää lähtöaineen kustannukset.
Hiilinanoputkia on kahta tyyppiä: yksiseinäiset ja moniseinäiset. Yksikerroksiset ovat parempia kuin monikerroksiset, mutta niiden hinta oli liian korkea. Tässä suhteessa tehtiin tutkimusta menetelmistä edullisten yksiseinäisten hiilinanoputkien valmistamiseksi.
Japanissa vastaavaa tutkimusta toteuttaa Uusi energia- ja teollisuusteknologian kehittämisjärjestö, johon osallistuvat yritykset, kuten Zeon Corporation ja niin edelleen. Tämä projekti on hallituksen valvonnassa.
Japanin kehitys ei päättynyt epäonnistumiseen
Tehokkuus on kasvanut kolme tuhatta kertaa alkuperäiseen menetelmään verrattuna. Japani pystyy nyt tuottamaan yksiseinäisiä hiilinanoputkia 500 kertaa pidempään. Alun perin yksisäikeiset putket maksoivat useita kymmeniä tuhansia jenejä grammaa kohti, mutta nyt niitä valmistetaan hinnalla 1000–2000 jeniä grammaa kohti. Lisäksi japanilaiset yksiseinäiset hiilinanoputket ovat puhtaampia kuin Venäjän näytteet.
Siitä huolimatta Venäjän Oksial (OCSiAl) on kehittänyt tekniikan yksiseinäisten hiilinanoputkien levittämiseen jauhemetalliin. Se valmistaa yksikerroksisia letkuja 300 jeniä grammaa kohti. Japanilaiset näytteet ovat puhtaampia, mutta kolme kertaa kalliimpia.
Valitettavasti japanilaisten yksiseinäisten hiilinanoputkien kohdalla tätä puhtautta ei vaadita tällä hetkellä tuotannossa.
(Koska japanilaisille nanoputkille on ominaista puhtaus, jos kehitetään elektronisia komponentteja, jotka vaativat sellaista puhtautta, japanilaisten mallien arvo kasvaa dramaattisesti.)
Yksiseinäisiä hiilinanoputkia on olemassa materiaalin lujuuden, sähkönjohtavuuden ja lämmönjohtavuuden lisäämiseksi, ja siksi näitä ominaisuuksia vaaditaan heiltä. Vaikka ne sisältävät epäpuhtauksia, se ei tarkoita negatiivista vaikutusta tällaisiin ominaisuuksiin.
Ilmeisesti Oxial-tuotteet ovat riittäviä parantamaan litium-ioni-akkujen suorituskykyä. Venäläisen yrityksen logistiikkajärjestelmä, jonka mukaan se tarjoaa yksikerroksisia putkia hintaan 300 jeniä grammaa kohti, on vähitellen kehittymässä.
Lisäksi Japani ei voi toimittaa tämän tyyppisiä tuotteita niin alhaisella hinnalla. Voimme sanoa, että tällä hetkellä Venäjän yksiseinäiset hiilinanoputket ovat voittaneet japanilaiset.
Saksalaisen konepajalaitoksen työ.
Venäjä on onnistunut tarjoamaan Japanin tuotteiden kaltaisia tuotteita kolminkertaisella hinnalla. Japanilainen tutkimus oli tehokasta, mutta venäläinen tutkimus oli tehokkaampaa.
Venäjän teollisuuden ja tekniikan taso ei yleensä ole riittävän korkea, mutta jos etsit tarkkaan, löydät Venäjältä tekniikoita, jotka ovat paljon parempia kuin japanilaiset. Tämä tekee Venäjästä mielenkiintoisen.
Aikooko Venäjä tuottaa ensiluokkaisia tuotteita?
Joten tuottaako Venäjä tuotteita, jotka ylittävät japanilaisten tuotteiden? Todennäköisesti ei. Vaikka kuvittelisimmekin, että edistykselliset tekniikat ilmestyvät Venäjälle, niistä ei ole mitään järkeä, jos ne eivät löydä käytännöllistä sovellusta.
Venäjän teollisuutta ei eroteta sen laajamittaisuus ja monipuolistaminen. Vaikka uusia tekniikoita ilmenisi, heidän on vaikea löytää sovellusta Venäjällä. Siellä ei ole helppoa innovoida käytännössä.
Eri tekniikoita yhdistävien autojen kaltaisten tuotteiden tuottamiseksi tarvitaan lisäksi keskitasoa korkeampi tekniikan taso ja laatu.
Tässä mielessä Venäjä on erittäin heikosti tasapainossa. Vaikka otammekin yksiseinäiset hiilinanoputket, ne eivät yksinään ole lopputuotteita, joten niiden kaupallistaminen vaatii yhdistelmän muiden tekniikoiden kanssa.
Tosiasia on, että Venäjällä löydät korkeatasoisia maailmanluokan tekniikoita, kuten OCSiAl-yhtiön hiilinanoputket.
Japani on onnistunut teollistumiseen ja kaupallistamiseen, joten jos se kaivaa ja löytää käytännöllisiä sovelluksia tällaiselle venäläiselle teknologialle, se voi johtaa hedelmälliseen yhteistyöhön Japanin ja Venäjän välillä.
Kotaro Watanabe