Перестановка слагаемых 2

Игорь Макаров

Петербургские изобретатели сотворили литий-ионные аккумуляторы на основе нанотехнологий. Емкость таких батарей в шесть-девять раз выше, чем у существующих аналогов. Однако чтобы перевести технологию в промышленную стадию, разработчикам не устроиться без партнера

В день открытия крупнейшей в Северной Европе экспозиции нанотехнологий Nanotech-2007 реально было присматривать любопытную сцену. Представительная делегация Китайской Народной Республики во главе с министром науки и технологий обследовала экспозицию огромного выставочного центра Хельсинки, как водится, по загодя намеченному маршруту. Вдруг дорогу кортежу перегородил человек, - тот, что сходу взял министра за пуговку и стал энергично о чем-то ему рассказывать. Когда возмущение публики улеглось, министр вернул указание и незнакомец увел солидную доля делегации к своему стенду.

Возмутителем спокойствия оказался изобретатель из Петербурга Андрей Владимиров, совместно со своим коллегой Александром Филипповым презентовавший образцы нового поколения литий-ионных аккумуляторов, созданных приёмом нанотехнологий. По словам петербуржцев, в Хельсинки они приехали скорее осмотреть на людей, чем явить себя. Поэтому и зарегистрировались в завершающий момент, получив вероятность соорудить только стендовый доклад. Любезно пообщавшись, мы обменялись контактами и раскланялись. После подведения результатов выставки к Андрею и Александру пробиться уже не удалось. Их окружило плотное колечко директоров самых крупных международных компаний, инвесторов, научных специалистов и чиновников. Через какое-то время вся данная пышная свита (не хуже, чем у китайского министра) увлекла моих знакомых в мэрию Хельсинки - вручать гран-при фестиваля, который завоевал их скромный стендовый доклад.

Рассудку вопреки

Как известно, литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) просторно применяются для накопления и сохранения электрической энергии в мобильных устройствах, телефонах сотовой и спутниковой связи, компьютерах, ноутбуках, врачебных устройствах, в авиации и космических системах, в системах безопасности. Однако у графитовой технологии, - та, что положена в их основу, есть пределы роста. Предложив альтернативу графиту, петербуржцы грубо повысили потребительские качества батарей.

Технологию, так заинтересовавшую оргкомитет выставки в Хельсинки, Владимиров и Филиппов несколько годков безуспешно предлагали российским тематическим институтам и производителям. Участвовать в ее доработке никто не пожелал. Наученные опытом (к тому моменту любой из них уже полно лет занимался технологичным бизнесом), изобретатели попыток не оставляли и нашли возможность провести независимые испытания в Греции и Китае.

Результаты ошеломительные. Сегодня наилучшие коммерческие ЛИА имеют удельную емкость примерно 300 миллиампер в час на грамм. По подсчетам американских ученых, в будущем возможно обрести ЛИА емкостью около 600−900 миллиампер в час на грамм. Емкость аккумуляторов, разработанных Владимировым и Филипповым, добивалась 2700 миллиампер в час на гр - за пределами теоретически возможной. Секрет в том, что в качестве анода для батарей изобретатели применяли свежеиспеченные наноматериалы, полученные по нарочно разработанной технологии. Для ее создания и коммерциализации Владимирову и Филиппову пришлось применить не только знания, наработанные в разных отраслях высоких технологий, но и недюжинную силу воли.

Первый подход

Свою небольшую группу спец по физике плазмы Александр Филиппов создал ещё в 1990 году - как только у него нарисовалась возможность трудиться самостоятельно. После 14 лет службы в институтах Академии наук, где, по его словам, планы заканчивались лишь отчетами на пыльных полках, накопилось сильное охота реализовать наработанные идеи.

"Плазма - четвертое состояние вещества (кроме твердого, жидкого, газообразного), характеризующееся особой комбинацией ионизированных молекул, возбужденных атомов, ионов и электронов, - объясняет Филиппов. - Прелесть плазмы в ее широком распространении (звезды, галактики, Вселенная и более того, человечек - сиё сгустки плазмы) и разнообразии утилитарных применений". При помощи различных типов плазмы (холодная низкого давления или высокотемпературная) можно обрабатывать на практике любые материалы, от органики до тугоплавких металлов. При этом происходит трансформирование свойств вещества на атомном уровне, вот почему, по-особому обработанное, оно способен служить безупречно разным целям.

Изобретатель инициировал службу с пустого стола - вначале дома, после этого в съемной лаборатории. Вместе с друзьями приобрел высокочастотные генераторы питания и независимо стал составлять на их основе плазмотроны. Готовая техника позволяла "вкалывать" с материалами всякий температуры плавления (температура в зоне реактора плазмы могла добиваться 8−10 тыс. градусов - как на Солнце). На выходе удавались особенно чистые порошки тугоплавких материалов: особо чистый кварц для волоконной оптики, оксиды циркония для атомной промышленности, особо чистый титан, кремний, композитные керамики специального назначения. При использовании дополнительных реактивов и технологического оборудования можно было обретать ультрадисперсные порошки, - те, что ныне называются нанопорошками. Однако спроса на них со стороны широкого рынка в середке 1990−х не было. Поэтому для уникальной методики пришлось разыскивать больше прозаичное применение.

"Космические семена"

Первым коммерческим проектом Филиппова стала методика предпосевной обработки семян для увеличения их всхожести, сопротивляемости заболеваниям и сохранения нужных элементов. В итоге плазменной обработки в семенах происходило ускорение обмена веществ, межклеточного питания, улучшалась проницаемость межклеточных мембран. Метод прошел ревизию в НИИ биологии Санкт-Петербургского государственного университета, семенной инспекции Россельхознадзора, Академии сельского хозяйства в Америке и был запатентован в России и США.

"Наши хозяйства стабильно обретали 30−50% прибавки к урожаю, - рассказывает Филиппов. - У граждан сша при их агротехнике повысился урожай помидоров в восемь-десять раз. В Китае подобные семена получили наименование "космических"". Изобретатели безотложно хотели сбыть технологию, но клиентов не нашлось. Пришлось одолеть путь маршрут коммерциализации до конца: сегодня группа Филиппова производит семена, обрабатывает их плазмой, пакетирует и поставляет на рынок. Компания "Плазмас" включена в русский реестр производителей сельскохозяйственной техники, а образцы ее оборудования продаются не только в России, но и на экспорт.

Другим практическим применением методике стало фабрика стеклянных микрошариков (размером в десятки и сотни микрон), которые имеют световозвращающие, катафотные качества и используются для разметки дорог. Те же шары можно использовать для струйной обработки нефтепогружного оборудования, очистке и обработке металла, снятии заусениц позже плавки. Струя из микрошариков как абразивом снимает с обрабатываемой поверхности всю грязь, может придать декоративный обличье и вдобавок повышает прочность.

В 1997 году "Плазмас" нашел партнера и организовал первое в мире массовое производство стеклянных шариков по плазменной технологии. Начали приучать российских металлообработчиков и нефтяников к новой технологии. После перестройки те внедряли в основном западные технологии очистки оборудования. "При этом граждане сша и канадцы поставили обстоятельство нефтепогружное оборудование обрабатывать шариками. И до открытия нашего производства нефтяники сии "золотые" шарики бочками доставляли на авиалайнерах из Канады", - говорит Филиппов.

Плазменные технологии группы были оценены по достоинству. За короткое время в скромной петербургской лаборатории побывали агенты таких гигантов, как Swarovski, Dupont, Levi"s, Procter&Gamble, Johnson&Johnson. Все они предлагали достать технологию и переманивали изобретателя в близкие отделы исследований и разработок. Филиппов остался в Петербурге.

Опережая моду

"К финалу 1990−х на мировом рынке начала формироваться мода на нанотехнологии, - вспоминает Андрей Владимиров. - Нобелевская премия 1997 года далась открывателям фуллеренов, и население зашевелился. Однако таковой популярности и ажиотажа, как сейчас, тогда, естественно, не было. Большинство моих товарищей об этом даже и не слышали. Я стал сознательно разыскивать людей, которым была бы интересна эта сфера".

Инженер-электронщик Владимиров в то время мыслил увольняться из НИИ Министерства обороны, в котором проработал последние 27 лет, и искал перспективную область для приложения своих сил. В 1998 году на специализированной конференции он познакомился с Филипповым, и они вкупе приняли решение возвратиться к оставленной когда-то технологии приобретения нанопорошков.

Для производства фуллеренов, нанотрубок и других углеродных материалов в то время использовался сварочный аппарат. Графит сжигался с помощью дугового плазменного разряда. В зависимости от типа электродов, дуги и электрических параметров, которые на нее подавались, в камере с графитом создавались различные условия. Под их влиянием кристаллическая архитектура графита перестраивалась, атомы углерода формировали свежие элементы - фуллерены или нанотрубки - с новыми свойствами. Это как раз тот случай, когда от перестановки слагаемых сумма меняется. Беда была только в том, что данные процессы оставались неконтролируемыми.

"Выяснилось, что для производства нанопорошков необходимо сформировать управляемый источник питания, который бы снабжал быстротекущие, стабильные, повторяемые процессы в дуговом разряде", - говорит Владимиров. Вместе с коллегой Василием Хабузовым он подошел к проблеме со стороны программирования и автоматизации, разработав и реализовав концепцию программного поручения динамических выходных характеристик источника. В результате удалась установка на основе цифрового синтеза, которая может отслеживать, предсказывать и править процессами в дуговом разряде".

Время собирать камни

Разработав технологию производства и обработки наноматериалов с помощью плазмы, изобретатели стали выискивать для нее применение. Оказалось, что сама установка представляет собой редкий универсальный сварочный аппарат. Записывая в память аппарата различные выходные характеристики, можно благополучно настраивать его на различные взгляды сварки. Компания Владимирова "Лаборатория электронных технологий" несколько лет пыталась выискать партнеров для его реализации в России, но в итоге заключила контракт с корейским судо и автомобилестроительным гигантом Daewoo. Нанопорошки, полученные изобретателями, нашли употребление в возведении как прекрасная добавка, которая делает бетон более прочным, эластичным и дешевым. Так, предприятие Toyota в Петербурге будет возводиться уже с применением наномодифицированного бетона.

"Сейчас говорят: нанотехнология, фуллерены и нанотрубки решат любую задачу, - рассуждает Филиппов. - Но мы уже давнехонько знаем, что для каждой проблемы надо целенаправленно совершать родной материал. Не легко фуллерены, а какие-то особые фуллерены, нанотрубки и композиты на их основе. И вот мы посмотрели, какие фуллерены и нанотрубки (одностенные, многостенные) способны нам сгодиться и как с ними надобно работать. Теперь мы можем творить материалы с заданной структурой и свойствами для нужд определенной отрасли".

Благодаря новой технологии стоимость 1 кг нового вещества упала до 200−400 баксов (для сравнения: 1 грамм нанотрубок на мировом рынке стоит от 100 до 1 тыс. долларов). Широкий спектр специальных наноматериалов с заданными свойствами (тепло и электропроводностью, эластичностью) находит использование в научных исследованиях, в частности их использует оптический институт (ГОИ им. Вавилова). Однако в текущий момент самым перспективным продуктом для потребительского рынка стали литий-ионные аккумуляторы.

"Когда мы забрались в эту проблему, выяснилось, что в России вообще нет производства ЛИА. Вообще! - разводит руками Владимиров. - То есть все материалы и комплектующие для ЛИА покупают за рубежом. А потому как все это необходимо для обеспечения нашей безопасности: для средств связи, компьютеров, летательных аппаратов и всего остального".

Полагаться на себя

Создав пилотные образцы материала для аккумуляторов, Филиппов и Андреев постановили проверить, не привирают ли они сами себя. Однако провести испытания оказалось не так-то просто. Разработчики обращались к фирмы "Ригель", монополисту аккумуляторной техники для российской оборонки, ведущим профильным институтам Москвы - в НИИ "Графит", химфак МГУ - никто заинтересованности не проявил.

"Есть материал, есть технология, есть образцы ЛИА. Мы все это сделали сами. Вложили, потратили личные деньги, ни рубля от государства на эту стратегически важную для России разработку не получили. Выходит, это тут никому не нужно? - задается вопросом Филиппов. - Зарубежные компании нас практически осаждают, забрасывают письмами - их мотивация ясна: как можно раньше захватить полусырую технологию, чтобы реализовать ее у себя. Российских же игроков, которые хотели бы нехай даже околпачить нас, скопировать технологию, нет. Интереса к нам они не проявляют".

В итоге в прошлом году Владимиров и Филиппов все-таки провели испытания опытных партий ЛИА на предприятии НАТО в Греции и крупнейшем китайском аккумуляторном заводе в граде Шенджень. Однако попытки достигнуть соглашения о совместном выводе технологии на рынок фарта не имели.

"Никто и нигде нас не ждет и пособлять не будет, - резюмирует Владимиров. - Высокие технологии нужно развивать самостоятельно. Мы это давно поняли и стараемся все действовать сами. И сыскивать достойных партнеров, с которыми это можно делать. А когда будет развита технология, появится готовая продукция, тогда уже можно на одинаковых общаться. Искать достойного западного или восточного партнера для выхода на важный рынок".

После многотрудных попыток изобретатели все-таки убедили петербургский Аккумуляторный институт (НИИ АИ "Источник") провести испытания своих аккумуляторов. С институтом заключен договор, в соответствии которому осенью 2007 года должны миновать стандартные испытания свежих батарей. Если они подтвердят предполагаемые показатели, аккумуляторы можно будет давать на сертификацию, после этого чего они будут считаться готовым продуктом.

Мировой рынок аккумуляторов, по разным подсчетам, к 2008−2010 году составит 50−70 млрд долларов. Российский рынок, по оценке Филиппова и Андреева, составляет около трети этой суммы. Список конечных потребителей, которые готовы закупать батареи в больших объемах, уже есть. Нет в то время как предложений от партнеров, которые принялись бы создать индустриальное производство.

Санкт-Петербург

Keywords: