“早在十多年前，就有西方科學(xué)家提出電池與電容混合的概念，而這一全球性的難題被我們攻克了。”在鄞州區(qū)的一座現(xiàn)代化工廠內(nèi)，寧波中車新能源科技有限公司總工程師阮殿波這樣告訴記者。

在超級(jí)電容器這一領(lǐng)域，阮殿波已經(jīng)深耕了近20年。去年，他憑借“超級(jí)電容器的制造方法”發(fā)明，捧回了我國專利領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)——中國專利金獎(jiǎng)。

這種新型儲(chǔ)能裝置相比普通電池，具有充電時(shí)間短、使用壽命長、比電池更耐受高低溫差、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，在交通、特種、能源等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

“簡(jiǎn)單地說，獲金獎(jiǎng)的這款超級(jí)電容器具備秒級(jí)充放電的功能，能瞬間充足電，并在短時(shí)間內(nèi)大功率放電，在武器應(yīng)用方面甚至可以達(dá)到星球大戰(zhàn)中光劍的效果。”阮殿波形象地解釋道。

但這類超級(jí)電容的缺陷也不可忽視：雖然一次充電只要幾秒鐘，但能量密度很低，應(yīng)用范圍有限。以新能源公交車為例，充一次電只能跑6公里，要想正常運(yùn)行的話，站臺(tái)間需要設(shè)立充電裝置，很不方便。

能不能設(shè)計(jì)一種新的儲(chǔ)能設(shè)備，有效地將高儲(chǔ)能電池和快充電容的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，達(dá)到最佳平衡狀態(tài)？這聽起來似乎只是結(jié)構(gòu)的改變，但核心技術(shù)耗費(fèi)了中車研究人員近5年的時(shí)間。

混合型超級(jí)電容器首先需要突破的是兼容問題。據(jù)阮殿波介紹，普通電池用的是化學(xué)反應(yīng)，而電容則采用無任何化學(xué)反應(yīng)的純物理吸脫附“雙電層儲(chǔ)能機(jī)理”進(jìn)行電荷存儲(chǔ)，如何將二者有效結(jié)合，并將電池和電容各自的優(yōu)勢(shì)都發(fā)揮到最佳狀態(tài)，一直都是國際上未被攻克的難題。

經(jīng)過近5年的反復(fù)嘗試，中車與寧波材料所等單位合作，終于在正極材料上找到了答案，研發(fā)出了全球首款38wh/kg高比能電池電容，將能量密度提高了三倍。這款儲(chǔ)能設(shè)備的正極材料由匹配電容的碳?xì)饽z和匹配電池的磷酸鐵鋰構(gòu)成，加入了碳納米管復(fù)合材料作為二者的通用導(dǎo)電材料，實(shí)現(xiàn)了電容與電池的有機(jī)結(jié)合。

與先前的超級(jí)電容相比，這款高比能電池電容的應(yīng)用范圍更廣。“充一次電不到五分鐘，就能讓新能源公交車馳騁40里，完全能滿足城市公交車單趟運(yùn)行。”阮殿波說。此外，這款產(chǎn)品能反復(fù)充放電5萬次，使用壽命是普通電池的5倍，大大降低了使用成本。

目前，這款產(chǎn)品作為主動(dòng)力源已在寧波和奧地利格拉茨的公交線路上實(shí)現(xiàn)良好運(yùn)行，并已逐步應(yīng)用在馬來西亞動(dòng)車組、重慶膠輪有軌電車、燃料電池混合動(dòng)力大巴、備用電源、重型機(jī)械等領(lǐng)域。

提及超級(jí)電容器未來應(yīng)用，阮殿波稱，電容器在高鐵、電動(dòng)公交車上都會(huì)有很好的前景。據(jù)估計(jì)，在未來五年，產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)價(jià)值超過100億元的市場(chǎng)需求和不可估量的環(huán)境效益，對(duì)全球公共交通能源升級(jí)作出貢獻(xiàn)。

“下一步，我們將朝消費(fèi)類電子領(lǐng)域作延伸研究，爭(zhēng)取在提高使用壽命的基礎(chǔ)上，把價(jià)格降下來，讓老百姓都能消費(fèi)得起。”阮殿波博士說。

獲獎(jiǎng)單位：寧波中車新能源科技有限公司(市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng))

獲獎(jiǎng)項(xiàng)目：3.6V/60000F碳?xì)饽z+碳納米管復(fù)合磷酸鐵鋰型高比能電池電容研制