儲(chǔ)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(jí)電容器的“超級(jí)”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(jí)電容器的電極材料——碳納米管的制造難題，一度掣肘我國對(duì)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(jí)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(shí)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’！”近日，項(xiàng)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(shí)，它的孔徑可以按照設(shè)計(jì)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。阮殿波表示，將碳?xì)饽z制成電極，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)曾面臨的一大難題。“碳?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(shí)間進(jìn)行攻關(guān)?！蓖ㄟ^千百次試驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在碳?xì)饽z中加入醛類復(fù)合，終于實(shí)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(jí)電容器的市場規(guī)模在百億級(jí)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(duì)在超級(jí)電容器的各項(xiàng)指標(biāo)上與國際龍頭企業(yè)暗暗較勁。
“目前國外超級(jí)電容器的功率密度在16kw/kg左右，而我們研發(fā)的超級(jí)電容器，功率密度達(dá)到了75kw/kg，是國際水平的4.69倍。價(jià)格方面，特斯拉3000法拉的電容器售價(jià)在300元左右，而我們研發(fā)的電容器，售價(jià)可以降低到100元。”阮殿波自信滿滿地表示，目前中車新能源已經(jīng)成為全世界最大的超級(jí)電容器供應(yīng)商。
在超級(jí)電容器的超級(jí)“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(gè)城市，首創(chuàng)的混合動(dòng)力高速動(dòng)車組相較于傳統(tǒng)高鐵，可節(jié)能30%以上?！霸靖哞F列車進(jìn)站一次就要消耗一個(gè)家庭一個(gè)月的用電量，現(xiàn)在都被超級(jí)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(jí)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(shí)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(jí)電容器研究所已經(jīng)擁有50多名研究人員，成立了4個(gè)省級(jí)研發(fā)中心?！跋乱徊?，我們將在提升超級(jí)電容器性能的同時(shí)，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：寧波市科技局）
