儲能交通的核心組件、風(fēng)力發(fā)電的備用電源、港口裝備的節(jié)能助力、電磁彈射的最優(yōu)選擇……超級電容器的“超級”二字,不僅在于其清潔便利,更在于其充放電速度快、功率密度高、工作溫限寬、循環(huán)壽命長,能夠滿足更多應(yīng)用場景和特種需求。
然而,超級電容器的電極材料——碳納米管的制造難題,一度掣肘我國對這一高新技術(shù)的深度應(yīng)用:椰殼活性炭、石油膠,這兩種廣泛用于制造碳納米管的原材料,被牢牢掌握在國外少數(shù)企業(yè)手中。所幸,在寧波大學(xué)與寧波中車新能源科技有限公司的聯(lián)合攻關(guān)之下,我國在超高功率超級電容器的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用上,取得了革命性突破。
“為了實現(xiàn)進(jìn)口替代,我們首創(chuàng)高密度的碳?xì)饽z,成功完成電極材料的‘換道超車’!”昨天,項目牽頭人,寧波大學(xué)機(jī)械學(xué)院院長、中國中車集團(tuán)首席科學(xué)家阮殿波表示。
與碳納米管相比,“異軍突起”的碳?xì)饽z優(yōu)勢明顯。
“這種新材料的導(dǎo)電性遠(yuǎn)強(qiáng)于活性炭。同時,它的孔徑可以按照設(shè)計進(jìn)行調(diào)整,更有利于離子通過,從而進(jìn)一步降低電極的離子阻抗。最為重要的是,碳?xì)饽z的化工原料——間苯二酚是寧波石化產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物之一,繞過了原材料的掣肘,我們才算真正解決了‘卡脖子’問題?!比畹畈ㄕf。
長達(dá)十年、投入超過2億元的研發(fā)歷程,并非一帆風(fēng)順。阮殿波告知,將碳?xì)饽z制成電極,是研發(fā)團(tuán)隊曾面臨的一大難題?!疤?xì)饽z,是一種非常輕,幾乎能夠飄浮在空氣中的物質(zhì)。如何將其壓縮直至符合電極材料的要求?我們足足花了8年時間進(jìn)行攻關(guān)?!蓖ㄟ^千百次試驗,研發(fā)團(tuán)隊在碳?xì)饽z中加入醛類復(fù)合,終于實現(xiàn)了碳?xì)饽z的樹脂化,將其涂抹于鋁箔之上,新型電極自此誕生。
當(dāng)前,全球超級電容器的市場規(guī)模在百億級以上。巨大的市場需求背后,是一場“沒有硝煙的科研之爭”。從“卡脖子”到“掰腕子”,研發(fā)團(tuán)隊在超級電容器的各項指標(biāo)上與國際龍頭企業(yè)暗暗較勁。
“目前國外超級電容器的功率密度在16kw/kg左右,而我們研發(fā)的超級電容器,功率密度達(dá)到了75kw/kg,是國際水平的4.69倍。價格方面,特斯拉3000法拉的電容器售價在300元左右,而我們研發(fā)的電容器,售價可以降低到100元?!比畹畈ㄗ孕艥M滿地說,目前中車新能源已經(jīng)成為全世界最大的超級電容器供應(yīng)商。
在超級電容器的超級“加持”下,一尊尊“國之重器”擁有了更強(qiáng)性能。中車集團(tuán)生產(chǎn)的有軌電車銷售至廣州、深圳、武漢等多個城市,首創(chuàng)的混合動力高速動車組相較于傳統(tǒng)高鐵,可節(jié)能30%以上。“原本高鐵列車進(jìn)站一次就要消耗一個家庭一個月的用電量,現(xiàn)在都被超級電容器利用起來了?!比畹畈ㄕf。
此外,作為超高功率特種能源,超級電容器還助推了顛覆性國防裝備的研發(fā),極大增強(qiáng)了國防硬實力。
科研的跨越離不開人才“最強(qiáng)大腦”的支撐。目前,中車集團(tuán)的超級電容器研究所已經(jīng)擁有50多名研究人員,成立了4個省級研發(fā)中心?!跋乱徊?,我們將在提升超級電容器性能的同時,向‘超快充’等方向聚力攻關(guān),力爭著眼高精尖,形成更為完整、更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈?!比畹畈ㄕf。
(來源:寧波市人民政府網(wǎng)站)