“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)域的最高獎項——中國專利金獎。

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

“簡單地說，獲金獎的這款超級電容器具備秒級充放電的功能，能瞬間充足電，并在短時間內(nèi)大功率放電，在武器應(yīng)用方面甚至可以達到星球大戰(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，要想正常運行的話，站臺間需要設(shè)立充電裝置，很不方便。

能不能設(shè)計一種新的儲能設(shè)備，有效地將高儲能電池和快充電容的優(yōu)勢結(jié)合，達到最佳平衡狀態(tài)？這聽起來似乎只是結(jié)構(gòu)的改變，但核心技術(shù)耗費了中車研究人員近5年的時間。

混合型超級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“雙電層儲能機理”進行電荷存儲，如何將二者有效結(jié)合，并將電池和電容各自的優(yōu)勢都發(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。這款儲能設(shè)備的正極材料由匹配電容的碳氣凝膠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，實現(xiàn)了電容與電池的有機結(jié)合。

與先前的超級電容相比，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)品作為主動力源已在寧波和奧地利格拉茨的公交線路上實現(xiàn)良好運行，并已逐步應(yīng)用在馬來西亞動車組、重慶膠輪有軌電車、燃料電池混合動力大巴、備用電源、重型機械等領(lǐng)域。

提及超級電容器未來應(yīng)用，阮殿波稱，電容器在高鐵、電動公交車上都會有很好的前景。據(jù)估計，在未來五年，產(chǎn)品可實現(xiàn)價值超過100億元的市場需求和不可估量的環(huán)境效益，對全球公共交通能源升級作出貢獻。

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

獲獎單位：寧波中車新能源科技有限公司(市科技進步一等獎)

獲獎項目：3.6V/60000F碳氣凝膠+碳納米管復(fù)合磷酸鐵鋰型高比能電池電容研制