充电5分钟 驰骋40里 超级电容有超级魔力

“早在十多年前，就有西方科学家提出电池与电容混合的概念，而这一全球性的难题被我们攻克了。”在鄞州区的一座现代化工厂内，宁波中车新能源科技有限公司总工程师阮殿波这样告诉记者。

在超级电容器这一领域，阮殿波已经深耕了近20年。去年，他凭借“超级电容器的制造方法”发明，捧回了我国专利领域的最高奖项——中国专利金奖。

这种新型储能装置相比普通电池，具有充电时间短、使用寿命长、比电池更耐受高低温差、节能环保等特点，在交通、特种、能源等领域有广阔的应用前景。

“简单地说，获金奖的这款超级电容器具备秒级充放电的功能，能瞬间充足电，并在短时间内大功率放电，在武器应用方面甚至可以达到星球大战中光剑的效果。”阮殿波形象地解释道。

但这类超级电容的缺陷也不可忽视：虽然一次充电只要几秒钟，但能量密度很低，应用范围有限。以新能源公交车为例，充一次电只能跑6公里，要想正常运行的话，站台间需要设立充电装置，很不方便。

能不能设计一种新的储能设备，有效地将高储能电池和快充电容的优势结合，达到最佳平衡状态？这听起来似乎只是结构的改变，但核心技术耗费了中车研究人员近5年的时间。

混合型超级电容器首先需要突破的是兼容问题。据阮殿波介绍，普通电池用的是化学反应，而电容则采用无任何化学反应的纯物理吸脱附“双电层储能机理”进行电荷存储，如何将二者有效结合，并将电池和电容各自的优势都发挥到最佳状态，一直都是国际上未被攻克的难题。

经过近5年的反复尝试，中车与宁波材料所等单位合作，终于在正极材料上找到了答案，研发出了全球首款38wh/kg高比能电池电容，将能量密度提高了三倍。这款储能设备的正极材料由匹配电容的碳气凝胶和匹配电池的磷酸铁锂构成，加入了碳纳米管复合材料作为二者的通用导电材料，实现了电容与电池的有机结合。

与先前的超级电容相比，这款高比能电池电容的应用范围更广。“充一次电不到五分钟，就能让新能源公交车驰骋40里，完全能满足城市公交车单趟运行。”阮殿波说。此外，这款产品能反复充放电5万次，使用寿命是普通电池的5倍，大大降低了使用成本。

目前，这款产品作为主动力源已在宁波和奥地利格拉茨的公交线路上实现良好运行，并已逐步应用在马来西亚动车组、重庆胶轮有轨电车、燃料电池混合动力大巴、备用电源、重型机械等领域。

提及超级电容器未来应用，阮殿波称，电容器在高铁、电动公交车上都会有很好的前景。据估计，在未来五年，产品可实现价值超过100亿元的市场需求和不可估量的环境效益，对全球公共交通能源升级作出贡献。

“下一步，我们将朝消费类电子领域作延伸研究，争取在提高使用寿命的基础上，把价格降下来，让老百姓都能消费得起。”阮殿波博士说。

获奖单位：宁波中车新能源科技有限公司(市科技进步一等奖)

获奖项目：3.6V/60000F碳气凝胶+碳纳米管复合磷酸铁锂型高比能电池电容研制