گفتگویی با مخترع باتری‌های لیتیوم یونی و برنده نوبل ۲۰۱۹

۲۰ آبان ۱۳۹۹

مصاحبه با آکیرا یوشینو

گفتگویی با مخترع باتری‌های لیتیوم یونی و برنده نوبل ۲۰۱۹

مقدمه

در سال ۲۰۱۹ میلادی، دکتر آکیرا یوشینو (Akira Yoshino)، دکتر استنلی وایتینگهام (Stanley Whittingham) و دکتر جان گوداینف (John Goodenough) جایزه نوبل شیمی را از آن خود نمودند. اعطای این جایزه، در راستای تلاش‌های نوآورانه برای پیشبرد و توسعه باتری‌های لیتیوم یونی بوده که تأمین انرژی دستگاه‌های الکترونیکی همراه به آن‌ها وابسته است. این باتری‌های قابل شارژ و سبک‌، امکان تولید وسایط نقلیه برقی دوربرد و ذخیره‌سازی بهینه انرژی از منابع تجدیدپذیر را فراهم نموده و بدین وسیله، به محیط‌زیست یاری می‌رسانند.

دکتر یوشینو، اولین باتری لیتیوم یونی جهان را اختراع کرد و آن را در سیستم پتنت به ثبت رسانید. از آن زمان، وی به صورت مستمر برای بهبود این فناوری منحصربه‌فرد در تلاش بوده است. در سال ۱۹۸۵ میلادی، دکتر وی پتنتی را برای اولین باتری لیتیوم یونی قابل شارژ (با استفاده از اکسید لیتیوم کبالت و آند کربنی) به ثبت رسانید که مسیر را برای دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل مانند گوشی‌های هوشمند و لپ‌تاپ هموار کرد. او بیش از ۶۰ پتنت برای فناوری باتری‌های لیتیوم یونی خود دریافت نموده که نشان از اهمیت تجاری این فناوری و البته توجه ویژه این مخترع مشهور به محافظت از نوآوری‌های خود دارد. در این مصاحبه، یوشینو از چالش‌های موجود در مسیر توسعه باتری‌های لیتیوم یونی و نقش استفاده راهبردی از حقوق انحصاری پتنت در ایجاد یک بازار جهانی رو به رشد، صحبت می‌کند.

 

انگیزه شما برای ورود به رشته شیمی چه بود؟

در دوران مدرسه ابتدایی، یکی از معلمانم پیشنهاد داد که کتاب تاریخچه شیمیایی یک شمع از مایکل فارادی را بخوانم، سؤالات زیادی در ذهنم ایجاد شد. از آن زمان، شیفته شیمی شدم. همه‌چیز این‌گونه آغاز شد. در ادامه، به دانشگاه کیوتو (University of Kyoto) رفتم و  شیمی آلی کوانتومی خواندم.

 

چطور به سراغ کار روی باتری‌های لیتیوم یونی رفتید؟

در اوایل دهه ۱۹۷۰ میلادی، من به تیم تحقیقات اکتشافی شرکت آساهی کاسی (Asahi Kasei) پیوستم تا مواد چندکاربره جدید را بررسی کنم. پروژه‌هایی که بر روی آن‌ها کار می‌کردم، در ابتدا جواب نداد و به همین دلیل، به دنبال یک حوزه تحقیقاتی جدید رفتم. در آن زمان، علاقه زیادی به پلی‌استیلن (Polyacetylene) وجود داشت؛ یک پلیمر الکترو رسانای بسیار جالب که توسط اولین ژاپنی دارنده جایزه نوبل، دکتر کنیچی فوکوی (Kenichi Fukui) پیش‌بینی شد و توسط برنده جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۰۰ میلادی، دکتر هیدکی شیراکاوا (Hideki Shirakawa) نیز کشف شد.

در ابتدا، کاربردهای عملی پلی‌استیلن را بررسی کردم. در آن زمان، صنعت الکترونیک ژاپن به دنبال یک باتری قابل شارژ فشرده و سبک‌وزن برای تأمین توان دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل تولید شده بود و محققان زیادی بر روی این مسئله کار می‌کردند. مشکل در اینجا بود که مواد آندی موجود، کمی بی‌ثبات بودند و دغدغه‌های ایمنی شدیدی را به وجود می‌آوردند. عملاً به یک ماده آندی جدید نیاز بود. تحقیقات من بر روی پلی‌استیلن، بیانگر این مطلب بود که می‌توان آن را به‌عنوان یک ماده آندی جدید استفاده کرد. این یافته، باعث شد تا آزمایش بر روی پلی‌استیلن را آغاز کنم، چیزی که در نهایت، جواب داد.

تحقیقات اولیه من بر روی باتری‌های لیتیوم یونی، به صورت جدی در سال ۱۹۸۱ شروع گردید، سالی که پروفسور فوکوی، برنده جایزه نوبل شیمی شد. نکته جالب اینجا است که تحقیق در زمینه باتری‌های لیتیوم یونی، توسط هشت برنده جایزه نوبل حمایت می‌شد و این، بیانگر چالش‌برانگیز بودن طراحی و توسعه آن‌ها بود.

در سال ۱۹۸۳، من به نوع جدیدی از باتری قابل شارژ دست پیدا کردم که از ترکیب پلی‌استیلن برای آند و اکسید لیتیوم کبالت برای کاتد استفاده شده بود. یکی از همکاران من به نام دکتر «جان گودایناف»، در سال ۱۹۸۰، اکسید لیتیوم کبالت را کشف کرده بود که اولین ماده کاتدی حاوی یون‌های لیتیوم یون بود.

 

پس از این دستاورد، تحقیقات شما دستخوش چه تحولاتی شد؟

همه‌چیز برای مدتی خوب پیش رفت. نمونه ابداعی، یک‌سوم سبک‌تر از یک باتری نیکل کادمیوم استاندارد بود که آن را به گزینه‌ای مطلوب تبدیل می‌کرد. با این حال، ما تنها یک کاهش در وزن باتری ایجاد کرده بودیم و نمی‌توانستیم اندازه باتری را کاهش دهیم. این مسئله، همه کارها را زیر سؤال برد؛ زیرا کوچک‌سازی، اولویت اصلی صنعت الکترونیک بود.

مشکل، چگالی نسبتاً کم پلی‌استیلن بود که باتری سبک‌وزن اما حجیمی را موجب می‌شد. این باتری، برای کاربردهای مدنظر، بیش از حد بزرگ بود. ما به دنبال یک ماده با چگالی بیشتر و البته ویژگی‌های شبیه به پلی‌استیلن بودیم. ایده جدید، استفاده از یک ماده کربنی با چگالی نسبی حدود ۲/۲ و دارای نوعی پیوندهای دوگانه مانند پلی‌استیلن بود. اما هیچ ماده کربنی مناسبی وجود نداشت و این، بسیار ناامیدکننده بود.

پاسخ این چالش، در شرکت آساهی کاسی بود؛ یک تیم تحقیقاتی، ماده‌ای کربنی با یک ساختار بلوری متمایز توسعه داده بود که فیبر کربنی فاز بخار نامیده می‌شد و جایگزین مطلوبی برای پلی‌استیلن بود. من نمونه‌ای از ماده را در اختیار گرفتم و وقتی از آن برای ساخت آند استفاده کردیم، یک باتری سبک‌وزن و کاملاً فشرده تولید شد.

 

چگونه به اهمیت کوچک‌سازی پی بردید؟

از آنجایی‌که در آساهی کاسی، ما متخصص باتری نبودیم، بحث‌های داخلی در مورد آنچه صنعت نیاز داشت، راه به جایی نمی‌برد. البته، شما نمی‌توانید به سراغ یک تولیدکننده باتری بروید و انتظار داشته باشید که تحقیقات محرمانه سطح اولیه خود را در اختیار شما قرار دهند. اما من با یکی از همکاران سابقم ملاقات کردم که مدیر اجرایی در یک شرکت باتری بود. او به اهمیت کوچک‌سازی تأکید کرد، این‌که تولیدکنندگان گوشی‌های هوشمند، به باتری‌هایی نیاز دارند که در تکه‌های کوچک و باریک باشند. این مسئله، اهمیت دور هم جمع شدن افرادی از زمینه‌های مختلف و به اشتراک‌گذاری ایده‌ها و بحث و تبادل‌نظر را نشان داد. این همکاری‌ها، در تقویت توسعه فناورانه و همچنین گردش و جذب گسترده فناوری‌های جدید، اهمیت بسیار زیادی دارد.

 

آیا تمرکز عمومی شرکت آساهی کاسی بر علم مواد برای توسعه باتری‌های لیتیوم یونی مفید بود؟

برنامه اولیه، توسعه مواد جدید مبتنی بر پلی‌استیلن بود، اما با پیشرفت تحقیقات متوجه شدیم که صنعت برای کاتدها، الکترولیت‌ها و ...، به مواد جدید متعددی نیاز دارد و در عوض تمرکز بر ساخت صرف یک آند جدید، تصویر یک باتری ظاهر شد. آساهی کاسی وارد حوزه باتری شد، صرفاً به این خاطر که بر روی مواد جدید تحقیق می‌کرد و توانست باتری لیتیوم یونی را طراحی کند، دقیقاً به این خاطر که در این حوزه تخصصی نداشت!

اگر یک محقق در یک شرکت تولیدکننده باتری بودم، احتمالاً با پلی‌استیلن مواجه نمی‌شدم. در نهایت، مواد جدید و آزادی طراحی و تولید آن‌ها، چیزهایی هستند که محرک محصولات جدید خواهند بود.

 

تأثیر باتری‌های لیتیوم یونی چه بود؟

باتری‌های لیتیوم یونی، جامعه فناوری اطلاعات امروز را به یک واقعیت تبدیل کرده و در آینده، نقشی کلیدی در ایجاد یک جامعه پایدار خواهد داشت. یک باتری قابل شارژ با توانایی ذخیره انرژی، یک دستگاه کلیدی برای حل مشکلات زیست‌محیطی است. این مسئله، در سال ۲۰۱۰ که وسایل نقلیه برقی ظهور یافتند، بیشتر به رسمیت شناخته شد. ۲۰۱۰ سالی بود که «Nissan Leaf» رونمایی شد که واقعاً یک پیشرفت تحول‌آفرین بود. از آن زمان به بعد، باتری‌های لیتیوم یونی برای تغذیه خودروهای برقی استفاده شدند و پیشرفت قابل‌توجهی در بهبود تراکم انرژی این باتری‌ها ایجاد شد. به عبارت دیگر، با یک بار شارژ، طی نمودن مسافت‌های طولانی‌تری ممکن شد و همچنین، در کاهش قیمت‌ها پیشرفت قابل‌ملاحظه‌ای ایجاد گردید. البته مسائل مرتبط با دوام و طول عمر باتری‌ها هنوز هم وجود دارند که باید برطرف شوند.

اگرچه باتری‌های لیتیوم یونی به تنهایی کل مشکلات زیست‌محیطی را حل نمی‌کنند، اما هنگام ترکیب با نوآوری‌های جدیدی مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء (IoT)، در ایجاد یک جامعه پایدار، نقشی ویژه خواهند داشت.

 

به‌عنوان دارنده پتنت‌های متعدد، دیدگاه شما در مورد سیستم پتنت چیست؟

جوهره قانون ثبت اختراع، تشویق به توسعه فناورانه برای سودرسانی همگانی است. در عوض تملک حقوق انحصاری پتنت، شما یک فناوری جدید را به دنیا معرفی می‌کنید و به همین دلیل، از انتشار گسترده اختراع، حمایت می‌شود. این اتفاقی بود که در مورد باتری‌های لیتیوم یونی هم اتفاق افتاد.

آساهی کاسی، در توسعه فناوری باتری ماهر بود، اما متخصص باتری نبود و به‌ همین دلیل، مجبور بودیم تا برای نوع کسب‌وکاری که می‌خواهیم داشته باشیم، تصمیم بگیریم. پس از بحث‌های فراوان، تصمیم گرفتیم که: ۱) با یک شریک مناسب (توشیبا)، یک تیم مشترک ایجاد کرده و یک کسب‌وکار حوزه باتری تأسیس کنیم، ۲) دیگر مواد مرتبط با باتری‌ها را در کسب‌وکار موجود آساهی کاسی ادغام کنیم و ۳) به صورت فعال برای فناوری باتری‌های لیتیوم یونی مجوز اعطا کنیم.

برنامه صدور مجوز، فناوری باتری لیتیوم یونی را در دسترس بسیاری از تولیدکنندگان جدید قرار داد و امکان بهبود این فناوری از لحاظ قیمت، امنیت و سطح اطمینان را فراهم کرد. همچنین به گسترش این فناوری کمک نمود، اعتمادبه‌نفس مصرف‌کننده را تقویت کرد و برای شرکت، سود ناشی از اعطای مجوز به همراه داشت. هر کسی می‌توانست به سرعت به فناوری دسترسی داشته باشد و از آن بهره بگیرد. این مسئله کلی اختراعات و پتنت‌ها است.

جوهره قانون ثبت اختراع، تشویق به توسعه فناورانه برای سودرسانی همگانی است. در عوض تملک حقوق انحصاری پتنت، شما یک فناوری جدید را به دنیا معرفی می‌کنید و به همین دلیل، از انتشار گسترده اختراع، حمایت می‌شود.

 

فکر می‌کنید سیستم مالکیت فکری چگونه باید بهبود یابد؟

در دنیای جهانی‌شده امروز، اعمال و اجرای حقوق انحصاری پتنت، کمی دشوار شده است. حتی اگر به افراد بگویید که تقلید نکنند، آن‌ها این کار را انجام می‌دهند! علاوه بر این، حقوق پتنت محدودیت زمانی دارد و به سختی می‌توان از طریق اعطای مجوز، آن هم به تنهایی، از ارزش اقتصادی آن‌ها سود برد. تصور من این است که فکر کردن به روش‌های دیگر برای بازپرداخت یا بازگشت مالی بسیار مهم است. برای مثال، این مسئله می‌تواند شامل توسعه یک مدل کسب‌وکار حول باتری‌های لیتیوم یونی باشد که در آن، از این فناوری تجاری‌سازی شده، به‌عنوان یک سرویس (در عوض یک محصول نهایی) استفاده شده و پرداختی‌های پس از تولید دریافت شود.

پلتفرم‌هایی مانند گوگل، اپل، فیسبوک و آمازون، از این مدل استفاده می‌کنند که بازگشت پول بیشتری را ممکن می‌سازد. آن‌ها در طراحی پلتفرم‌ها و ایجاد یک استاندارد جهانی که بازار را برای سرویس‌های فناوری محور آن‌ها گسترش داده است، موفق عمل کرده‌اند. برخی از این سرویس‌ها، حتی به صورت رایگان ارائه می‌شوند، نظیر سیستم اندروید گوگل که جامعه کاربران اندروید را گسترش می‌دهد. ما اینجا مشاهده می‌کنیم که ارزش کسب‌وکار گوشی هوشمند، از خود گوشی به دست نمی‌آید، بلکه از استفاده از آن به دست می‌آید. این مدل تجاری، در دنیای فناوری اطلاعات رایج است و روشی است که در آینده، بیشتر از قبل به‌کار گرفته می‌شود.

 

آیا سیستم پتنت به برنده شدن جایزه نوبل ۲۰۱۹ شیمی کمک کرد؟

تفاوت محققان فعال در صنعت با محققان دانشگاهی، در نحوه انتشار نتایج کارهایشان است. محققان دانشگاهی کارهای خود را در فضاهای مختلفی منتشر می‌کنند، در حالی‌که کار محققان فعال در صنعت، پتنت‌ها را محل مناسبی برای انتشار دستاوردهایشان می‌دانند که سخت‌تر قابل درک بوده و تا کنون، به شکل قابل توجهی در دایره توجه دانشگاهیان قرار نمی‌گرفت.

با این وجود، کمیته نوبل به‌طور خاص به نمونه پروتوتایپ باتری لیتیوم یونی اشاره داشت که در سال ۱۹۸۵ ساخته و برای آن پتنت دریافت کرده بودم. بنابراین، به نظر می‌رسد که عامل مهمی بوده است. همچنین به نظر می‌رسد که دریافت یک تأییده از یک نهاد مستقل هم، در این موضوع نقش داشته است. من جایزه مخترع برتر دفتر ثبت اختراع اروپا (EPO) را برای اولین دارنده پتنت در حوزه باتری‌های لیتیوم یونی را بدست آوردم و به نظر می‌رسد که به رسمیت شناخته شدن کار من توسط دفتر ثبت اختراع اروپا، عامل مهمی در اعطای جایزه نوبل به من بوده است.

به طور کلی، فکر می‌کنم محققان صنعتی برای دریافت جایزه نوبل کمی دست‌وپا بسته هستند. این مسئله، از آنجا ناشی می‌شود که فقط ارزیابان پتنت‌ها هستند که فناوری‌های درج شده در درخواست‌های ثبت اختراع را درک می‌کنند. بنابراین، اگر محققان صنعتی می‌خواهند به دنبال جایزه نوبل باشند، باید برنده یک جایزه بزرگ شوند.

 

چه پیامی برای دانشمندان جدید دارید؟

چهارچوب زمانی برای ورود به چالش‌های جدید، به یک محدوده سنی خاص محدود می‌شود: حدود ۳۵ سالگی. این زمانی است که نسل‌های متوالی برندگان جایزه نوبل، تحقیقات خود را شروع کرده‌اند. من هم تحقیق اولیه بر روی باتری‌های لیتیوم یونی را در سن ۳۳ سالگی شروع کردم. در آن سن، شما شیوه کار یک شرکت و جامعه را می‌دانید و اعتمادبه‌نفس و اقتدار لازم برای شروع یک کسب‌وکار جدید را دارید و حتی اگر با شکست هم مواجه شوید، هنوز برای شروع چیزی دیگر، زمان کافی در اختیار دارید.

فکر می‌کنم که ظرفیت آتی ژاپن برای تولید و معرفی برندگان آتی جایزه نوبل، به محیطی بر می‌گردد که افراد حدوداً ۳۵ ساله امروزی در آن کار می‌کنند و میزان آزادی لازمی که برای پیروی از روش فکر کردن خاص خود و کار کردن بر روی تحقیقات ارزشمند در اختیار آن‌ها قرار می‌گیرد.

امروزه، جوانان می‌توانند به آسانی به هر اطلاعاتی که می‌خواهند دسترسی پیدا کنند. اما بسیاری احساس می‌کنند که هیچ اختراع یا کشف بزرگ دیگری برای آن‌ها وجود ندارد که پرده از آن بردارند. آن‌ها اشتباه می‌کنند. هنوز چیزهای بسیار زیادی وجود دارد که در مورد زندگی و طبیعت نمی‌دانیم و بسیاری از گنجینه‌ها وجود دارند که هنوز به آن‌ها دست نیافته‌ایم.

 

چه توصیه‌ای برای جوانانی دارید که انگیزه و اشتیاق لازم برای تبدیل شدن به دانشمندان آینده دارند؟

امروزه، جوانان می‌توانند به آسانی به هر اطلاعاتی که می‌خواهند دسترسی پیدا کنند. اما بسیاری احساس می‌کنند که هیچ اختراع یا کشف بزرگ دیگری برای آن‌ها وجود ندارد که پرده از آن بردارند. آن‌ها اشتباه می‌کنند. هنوز چیزهای بسیار زیادی وجود دارد که در مورد زندگی و طبیعت نمی‌دانیم و بسیاری از گنجینه‌ها وجود دارند که هنوز به آن‌ها دست نیافته‌ایم.

توصیه من به جوانان این است که: «کنجکاو باشید و از انرژی خود برای توسعه مهارت‌ها، اعتمادبه‌نفس و دانش ایجاد کشفیات جدید و اختراعات تحول‌آفرینی که در این قرن متمایز می‌شوند، استفاده کنید. هنوز چیزهای زیادی هست که نمی‌دانیم. از طریق مطالعه، بر روی آینده خود سرمایه‌گذاری کنید. خودتان را در سن ۳۵ سالگی و آنچه می‌توانید بر روی آن کار کنید تصور نمایید».

من به اجبار کودکان به یادگیری باور ندارم. ما باید آن‌ها را توانمند کنیم تا برای خود فکر کنند و در مسیر خود تصمیم‌گیری کنند.

گفتگو با مردی که نمی‌تواند از اختراع کردن دست بر دارد!

گفتگو با مردی که نمی‌تواند از اختراع کردن دست بر دارد!

گفتگو با مردی که نمی‌تواند از اختراع کردن دست بر دارد!

۱۵ مهر ۱۳۹۹

مصاحبه با اودد شوسیوف

معرفی سرویس جدیدی برای محافظت از داده‌ها

معرفی سرویس جدیدی برای محافظت از داده‌ها

معرفی سرویس جدیدی برای محافظت از داده‌ها

۲۳ شهریور ۱۳۹۹

مصاحبه با فرانسیس گری

گفتگویی با مدیر آکادمی ملی مالکیت فکری ایران

گفتگویی با مدیر آکادمی ملی مالکیت فکری ایران

گفتگویی با مدیر آکادمی ملی مالکیت فکری ایران

۲۰ مرداد ۱۳۹۹

مصاحبه با محمدحسین عرفان منش

گفتگو با مهندس ناسا و مخترع فناوری پاک‌سازی آب‌های زیرزمینی

گفتگو با مهندس ناسا و مخترع فناوری پاک‌سازی آب‌های زیرزمینی

گفتگو با مهندس ناسا و مخترع فناوری پاک‌سازی آب‌های زیرزمینی

۱۲ مرداد ۱۳۹۹

مصاحبه با جکی کوئین

گفتگو با مخترعی که هرگز ناامید نشد!

گفتگو با مخترعی که هرگز ناامید نشد!

گفتگو با مخترعی که هرگز ناامید نشد!

۲۲ تیر ۱۳۹۹

مصاحبه با لونی جانسون

گفتگو با دکتر امیرحسین برنایی، مدیرعامل شرکت ایده‌سازان عصر آفتاب

گفتگو با دکتر امیرحسین برنایی، مدیرعامل شرکت ایده‌سازان ع...

گفتگو با دکتر امیرحسین برنایی، مدیرعامل شرکت ایده‌سازان عصر آفتاب

۰۲ تیر ۱۳۹۹

مصاحبه با امیرحسین برنایی

نقش مالکیت فکری در محصولات تراریخته و اصلاح ژنتیکی‌شده

نقش مالکیت فکری در محصولات تراریخته و اصلاح ژنتیکی‌شده

نقش مالکیت فکری در محصولات تراریخته و اصلاح ژنتیکی‌شده

۱۸ خرداد ۱۳۹۹
کارآفرینی که دعاوی کثیف باجگیران پتنت را به تصویر می‌کشد!

کارآفرینی که دعاوی کثیف باجگیران پتنت را به تصویر می‌کشد!

کارآفرینی که دعاوی کثیف باجگیران پتنت را به تصویر می‌کشد!

۱۸ اردیبهشت ۱۳۹۹

مصاحبه با آستین میر

رؤیا یا منطق، کدام یک مسبب آفرینش اختراعات فوق‌العاده هستند؟!

رؤیا یا منطق، کدام یک مسبب آفرینش اختراعات فوق‌العاده هست...

رؤیا یا منطق، کدام یک مسبب آفرینش اختراعات فوق‌العاده هستند؟!

۲۵ فروردین ۱۳۹۹

مصاحبه با دیوید هانسون

دستکش هوشمند، صدای افرادی که نمی‌توانند صحبت کنند!

دستکش هوشمند، صدای افرادی که نمی‌توانند صحبت کنند!

دستکش هوشمند، صدای افرادی که نمی‌توانند صحبت کنند!

۲۶ اسفند ۱۳۹۸

مصاحبه با هادیل ایوب