Жумабай Бакенов, инженер: Мобильные телефоны уже можно заряжать за 1 минуту
Жумабай Бакенов - один из казахстанских ученых, который променял перспективную и престижную работу за рубежом ради развития науки в родной стране. Сейчас ученый является профессором Школы инженерии Назарбаев университета и возглавляет Центр энергетики и науки о новых материалах частного учреждения «National Laboratory Astana» и ТОО «Институт аккумуляторов».
- Наш центр входит в состав «National Laboratory Astana» (NLA) Назарбаев Университета. В NLA также входит Центр наук о жизни. Я работаю над аккумуляторами также и в своей лаборатории в Назарбаев Университете. Создавать ее с 2011 года мне помогал не только университет, но и мои партнеры за рубежом. Сейчас эта лаборатория по аккумуляторным батареям по оснащенности является одной из самых сильных в мире.
Работать с такими технологиями я начал в 1999 году в Японии. Участвовал в разработке всех типов аккумуляторов, которые существовали с тех времен. Это относится к старым свинцовым аккумуляторам. Мы выполняли заказы для различных японских компаний, потом начали развивать новые направления. Тогда литиевые аккумуляторы, которые используются сейчас в мобильных телефонах, только появлялись. Япония всегда была лидером в этой отрасли и сейчас остается таковой. Правительство выделяет большие средства на научные разработки. Мне посчастливилось принимать участие в разработке всех известных литиевых батарей в мире в лаборатории профессора Вакихара в Токийском технологическом институте, который работал с такими автомобильными компаниями, как Nissan, Toyota и другими. Компания Sony впервые разработала литиевые батареи. С профессором Вакихара мы разрабатывали совместные проекты в конце 90-х -начале 2000-х. Потом я уехал в Канаду. Но пробыл там не долго, так как открылся Назарбаев Университет. Я подавал документы сюда еще до его открытия, но тогда мне сказали, что пока не могут меня принять на работу.
- Вы сами выразили желание вернуться в Казахстан?
- Да, когда узнал, что открывается Назарбаев Университет. Я закончил Казахский национальный университет имени аль-Фараби, работал в Казахстанско-Британском Университете и в 1999 году уехал в Японию. Работал у всемирно известных японских ученых этой отрасли. Кстати, многие из них приезжали ко мне в Казахстан в 2011 году, когда мы только начинали строительство лаборатории. Увидев положение дел один из коллег посоветовал: «Профессор Бакенов, уезжай отсюда. Это авантюра. Сюда надо приезжать через 10 лет». Потому что стройка еще только начиналась, везде пыль и грязь. Но я, конечно, остался. Потом он приехал вновь, через два года. Осматривал мою лабораторию и постоянно твердил: «Несправедливо. Несправедливо». Я спросил: «Почему вы все время повторяете это?». Он говорит: «Я свою лабораторию создавал более 10 лет. А у тебя за два года оборудования больше, чем у меня».
- Расскажите, над какими проектами Вы работаете сейчас?
- Мы занимаемся разработкой всех типов аккумуляторов, которые по прогнозам имеют перспективное будущее. К примеру, серные аккумуляторы. Мы получили грант от Всемирного банка для коммерциализации этого проекта. У нас есть прототип аккумулятора. Наш прототип работает в восемь раз дольше, чем аккумуляторы в нынешних мобильных телефонах.
- Я могу прямо сейчас заменить батарейку в своем телефоне на этот, и он будет работать в восемь раз дольше?
- Да. У литий-серных аккумуляторов хорошая емкость. У них циклируемость очень хорошая. То есть его можно заряжать 1000 раз. Он изнашивается незначительно.
- Почему их не производят в промышленных масштабах?
- Производство аккумуляторов - это бизнес. Никто не хочет попасть в такую ситуацию, как это произошло недавно с Samsung (взрыв телефона). Для маленьких аккумуляторов у нас есть сертификат безопасности, как вот эти пуговичные аккумуляторы для калькуляторов, весов, фотоаппарата (на фото). Обычно они не перезаряжаются, одноразовые, иначе стоили бы дорого. Но вот эта, наверное, одна из немногих пуговичных батареек, которую можно заряжать. И они безопасные.
Для больших наших аккумуляторов мы также делали тесты безопасности. Ничего не происходило, не взрывалось. Они просто слегка нагревались до 30 градусов и выходили из строя. Это говорит о том, что батарея достаточно безопасна. Но любой крупный производитель не будет производить новый аккумулятор до тех пор, пока они не отработают на рынке в маленьком формате лет 5-10. Если за это время не будет случаев взрыва, то можно будет думать о промышленном масштабе.
Предположим, если Tesla или Toyota запустят какой-то аккумулятор в производство. Это сразу миллиарды долларов инвестиций!Конечно, рисковать такими деньгами никто не захочет. Сейчас все электромобили, в том числе и Tesla, ездят на старых технологиях. Но эти батареи хорошо апробированные. Такие аккумуляторы начали выпускать еще в 80-90-х годах в таких маленьких размерах, а теперь их ставят в больших размерах. Отмечу, что автомобили Tesla используют цилиндрические аккумуляторы. Таких ячеек в одной машине от 4 до 10 тыс. штук. Любой аккумулятор, например в ноутбуке, состоит из мелких ячеек. Их собирают, как LEGO, и получаются разные размеры, в зависимости от устройства.
Мы разговаривали с Samsung, LG и другими компаниями. Для них наш проект интересный, но покупать и вкладываться в это они пока не будут. Они будут ждать и смотреть, как развиваются технологии.
- Разве эти гиганты могут позволить себе такую роскошь, как ожидание? Ведь в сфере технологий время работает против них.
- Нет, они работают над этим. В их центрах это уже делается. Важно знать, что если технология безопасная - она сразу уходит в производство. Вы знаете, флэш-память улучшается, скажем так, «со скоростью света», потому что она безопасная. Их проверяют максимум полгода. Если работает нормально, то все, пошел. А аккумуляторы могут взрываться и убить человека. В мире нет аккумуляторов на основе лития, которые бы не взрывались. Мы очень часто ездим на конференции, общаемся с коллегами из Японии, Кореи, Китая и другими. Конкуренты изучают друг друга, собирают материалы. Разговариваешь с одной компанией, у них есть много данных о другой. Это гиганты, которые соревнуются в батареях. LG вообще является одним из лидеров в мире по производству аккумуляторов. Все знают его, как производителя бытовой техники и гаджетов, но огромная часть бюджета у них идет на производство аккумуляторов для той же Tesla и для других компаний. Это огромный бизнес. По прогнозам, к 2020 году рынок этих аккумуляторов будет составлять 220 млрд. долларов в год, и никто рисковать на этом не будет.
Сейчас мы ищем спонсоров для разработки больших аккумуляторов. У нас есть оборудование, на котором мы можем штучно собирать аккумуляторы. Но нам сейчас нужны инвесторы. Это новые аккумуляторы. В мире нет компаний, которые производят их.
- Уточните пожалуйста, конкретная разработка, которая апробирована - это вот эти пуговичные батареи? Ее можно уже сейчас выпускать в промышленном масштабе?
- Мелкие батареи можно выпускать запросто. Максимум, что они могут - лопнуть. Риск есть, когда внутри много материала. Во всех аккумуляторах есть горючий органический растворитель.
- Сколько времени Вы дадите этому аккумулятору для мобильных телефонов, которые в восемь раз мощнее, чтобы он заменил наши нынешние?
- Через сколько времени? В принципе, мои ребята уже пользуются ими. У них есть powerbank (внешний аккумулятор для телефонов). Мы для себя делаем и пользуемся им.
- А в Казахстане, есть сертификация аккумуляторов?
- У нас в Казахстане нет обязательной сертификации аккумуляторов. Пуговичный аккумулятор мы сертифицировали в России. В принципе, можно производить все, что угодно. Но мы не хотим, чтобы кто-нибудь пострадал.
Я считаю, наш тип аккумулятора - очень перспективный, с которым нужно двигаться осторожно. Я думаю, через год-два может выйти на рынок. Они заряжаются очень быстро. А есть еще аккумуляторы, мы их специально изготавливаем, они заряжаются в течение минуты.
- Они оба были бы настоящим спасением для хозяев мобильных телефонов. У нас основная проблема - красный индикатор на дисплее...
- Вы знаете, таких аккумуляторов очень много. Но быстрозаряжающие аккумуляторы приходится очень часто менять. Потому что, когда телефон заряжается очень быстро, то интенсивно разрушается. Вообще, мы можем сделать любой тип аккумуляторов, которые заряжаются за минуту. У нас есть хорошие аккумуляторы, которые заряжаются всего 10 минут и работают нормально, как обычные.
- Предположим, если разработать такие аккумуляторы для мобильных телефонов, то какова будет их продолжительность службы?
- В лаборатории мы проводим тесты на циклируемость приблизительно в таком режиме, в котором заряжается и разряжается телефон. И у нас есть данные для разных токов. Для малых токов такой аккумулятор может заряжаться несколько тысяч раз - 2-3 тыс. Если вы заряжаете раз в день, это означает, что срок службы 8 лет (2-3 тыс. дней). Но заряжать при малых токах медленно. Можно заряжать при больших токах, но там у любых аккумуляторах емкость понижается с набором числа заряда/разряда. Вы знаете, когда берете новый телефон, в первые два месяца работает стабильно, потом к концу года перестает держать заряд. Возможно, такие серийные аккумуляторы делают специально для того, чтобы они устаревали, чтобы чаще их менять. Это бизнес.
- Существуют ли аккумуляторы совершенно безопасные?
- Да, у нас есть еще один тип аккумуляторов - литий-ионный водный (ЛИВ) аккумулятор. Это тоже литиевые батареи, только там электролит на основе воды. Напомню, в нынешних - горючий органический растворитель. Такие аккумуляторы абсолютно безопасны. Внутри находится вода, и когда происходит короткое замыкание, с ним ничего не происходит. Он просто перестает работать. На этом закончится вся «авария».
В сравнении с литий-ионными аккумуляторами (ЛИА) у них маленькая емкость, но они не конкуренты ЛИА. Мы считаем, что они (ЛИВ) могут конкурировать со свинцовыми аккумуляторами, которые установлены в автомобилях. Преимущество этих ЛИВ-аккумуляторов - значительно более высокая циклируемость, чем у свинцовых.
Вот еще одна сфера применения - возобновляемая энергия. Солнечные электростанции работают на свинцовых аккумуляторах. Свинцовые аккумуляторы выдерживают порядка от 100 до 500 зарядок/разрядок. После этого их надо менять. У наших аккумуляторов емкость чуть выше, чем у свинцовых, при этом циклируемость составляет более 2000 раз. При такой же стоимости и безопасности (свинцовые аккумуляторы тоже не взрываются), наши аккумуляторы превосходят их по циклируемости. Но в то же время свинец - тяжелый токсичный металл, а электролит в свинцовом аккумуляторе - концентрированная серная кислота. Очень едкая. Если при аварии аккумулятор трескается, серная кислота попадает на горючую часть и может вызвать возгорание. В ЛИВ-аккумуляторе нет тяжелых металлов. В настоящее время рынок свинцовых аккумуляторов гораздо больше, чем рынок литиевых аккумуляторов, потому что свинцовый аккумулятор используется в крупномасштабных приложениях.
- Вы будете выставлять свои разработки на международной выставке ЭКСПО в Астане?
- Мы выставляем некоторые аккумуляторы в Национальном павильоне в числе 20 проектов от других отечественных разработчиков.
- На днях я прочитал новость о том, что большую часть первых четырех месяцев 2016 года солнечные электростанции Чили сдавали энергию в сеть бесплатно. Когда такое может произойти в Казахстане, и что, в целом, мешает развитию возобновляемых источников энергии в стране?
- У нас и сейчас возникают излишки энергии, но она производится из угля. В Казахстане есть все условия для развития возобновляемой электроэнергии. Я думаю, надо было активно вкладываться в ее развитие, когда нефть была дорогая, и было много денег. Было запущено несколько мелких проектов, они работают, но это не масштаб. В Казахстане геологические и погодные возможности позволяют, но думаю, что нас сдерживает традиционная добывающая отрасль. Это в Европе проблемы с ресурсами, и им ничего не остается, как развивать эту сферу.
К тому же, цена на нефть упала. Гораздо дешевле добывать нефть и использовать нефтепродукты, чем вкладываться в возобновляемую электроэнергию. Такая тенденция идет во всем мире. Все движения в сторону возобновляемой энергии притормозились. Но ради улучшения экологии можно развивать эту сферу у нас. Вы знаете, какие проблемы возникают в Астане. ТЭЦ сжигает миллионы тонн угля, ввиду низкой энергоэффективности используемых у нас технологий, мы потребляем очень много электричества. Газа в регионе нет.
- Я хотел у Вас как у эксперта спросить. Утверждение о том, что инвестиции в возобновляемую энергетику - это дорого и долго окупаются - миф или правда?
- Да, окупаются долго. Чтобы быстро окупались, необходимо строить большие станции. Сейчас в Китае стоимость солнечных панелей сильно упала. У меня есть партнеры, которые производят их. Их товар в 10 раз дешевле по сравнению с тем, что производится в Казахстане. И, естественно, вкладываться в производство солнечных панелей в Казахстане, когда рядом есть Китай, рискованно. Как складывается такая цена, коллеги не смогли мне объяснить. В данный момент, с экономической точки зрения, дешевле сжигать уголь, чем вкладываться в возобновляемые источники. А если думать об экологии, это нехорошо.
- Как Вы относитесь к строительству атомных электростанций в Казахстане?
- Я думаю, что современные технологии в этой отрасли - безопасные. Реакторы в Фукусиме были построены в 60-х годах. Это старые технологии. Их модернизировали, защиту все время достраивали. А в Чернобыле, как вы знаете, был эксперимент. Там пытались воспроизвести критические условия и не смогли потом их контролировать. Но в нынешних современных реакторах мощная защита. Есть риск землетрясений, но в Казахстане можно выбрать места, где их нет. Я думаю, что ядерная энергетика в Казахстане должна развиваться. У нас есть уран. Мы - лидеры в производстве урана.
- Спасибо Вам за беседу!
***
Жумабай Бакенов награжден «Leader of the Science», учрежденной Thomson Reuters, как автор самых цитируемых научных работ в период с 2005 по 2015 год. Лауреат премии Японского керамического сообщества специалистов за серию работ по керамическим материалам с высокой энергоемкостью. С 1999 по 2011 годы работал в Токийском технологическом институте в Японии и Университете Ватерлоо в Канаде. Член Американского института инженеров-химиков, электрохимических сообществ США и Японии.