二十年前,阮殿波在清华大学从事碳纳米管的研究,由此结缘碳材料;十年前,他离开校园创办了一家生产超级电容器的企业,充满创业的艰辛但终获成功;八年前,加入中车集团,担任宁波中车新能源科技有限公司的首席科学家至今。借时代机遇,凭自身努力,阮殿波在不断攀登,刷新成长高度,飞渡关山重重。
十余载不懈努力,阮殿波实现了超级电容器的技术突破及产业化。如今,他又沿着来时路转身回到校园,出任宁波大学机械工程与力学学院院长,专心从事储能相关的材料、器件、系统的研究及企业孵化。
一方面,在科研上的持续发力。近日,阮殿波和他的研发团队接连传来好消息:《超高功率超级电容器的关键技术及应用》项目获得了2021年度浙江省技术发明一等奖。在今年早些时候,该项目已获得了“2021年度宁波市科学技术进步奖一等奖”。
另一方面,完成了产业赋能平台的系统性打造。“我们成立了宁波大学先进储能技术与装备研究院,主要布局储能技术全产业链,建立了较为完备的新能源产业研究、试制及成果转化平台,孵化了众多产业化项目。
时隔五年,我们再次对话阮殿波。他告诉《元科技.生态》:“国际形势比较严峻,我们需要科技的强大,真正掌握核心技术,这个目标不能变。在储能这个领域,中国依然要靠自己实现领先。”
对别人而言,搞研发和办企业都很辛苦,可他却觉得没什么,他自己说这是“始于内心使命感的召唤”。接下来,储能技术还有哪些发力点可以突围?他一直在摸索。在经过一个又一个角色的转换后,“使命感”仍然是阮殿波做科研的原始动力,而“聚焦储能”将成为他后半生的关键词,他会带着这些不断翻过更高的山。
超级电容器核心技术仍然在不断突破
超级电容器,是既具有电容器快速充放电特性又具有电池储能特性的一种新型储能装置,在军工、民用等多领域都有重要应用。长期以来,超级电容器的核心制备技术一直被国外垄断。
从2009年开始,阮殿波和他的团队便一直专注于超级电容器的研发,目前研发成果早已实现产业化。经过10多年持续攻关,不仅打破了国外建立起来的技术壁垒,更把自己的技术做到世界领先水平。今天,他们仍然在超级电容器基础材料、关键工艺技术、核心应用研究等方面不断提升和超越。
此次获奖的成果《超高功率超级电容器的关键技术及应用》,针对超级电容器领域功率密度提高所急需解决的电子阻抗与离子阻抗大幅度降低的关键共性技术难题,取得了多项创新突破。该项目首创了高导电性、高堆积密度碳气凝胶新材料的大规模制备技术;发明了高离子电导率的新型电解质盐,并实现了批量化制备;开发了新型全极耳结构连接方式、干法电极等工艺技术;研制了大功率超级电容器单体间电能快速转换技术……
“传统的超级电容器材料,就是电子级的活性炭,但是对粒径、纯度、孔径分布有要求。由于其工艺复杂,制备难度大,也是被卡脖子的材料,大部分依赖进口。为了打破这个局面,我们就想到了一个新材料——碳气凝胶。”阮殿波介绍道。“我们用甲醛和苯酚的反应,使之凝胶化,然后进行活化造孔。碳气凝胶的研发成功,确保了原材料供应的可控,规模化生产的可控,同时也提高了导电性。如果说活性炭是第二代材料,那么我们做的就是第三代材料。”
这些技术的成功突破,也为超级电容器在电极材料升级换代、单体间能量转换速率提升、项目成果产业化等方面起到了至关重要的推动作用。
目前,该项目相关产品已在风电、轨道交通领域得到了广泛应用,并成功出口至马其顿、奥地利、马来西亚等国家,在军工国防、公共运输、港口机械等领域得到广泛应用,创造了可观的经济效益。
“这个项目获得的多个奖项,也是政府对我们过去努力的肯定。”阮殿波说。
绿色、安全、低成本是电化学储能研究的方向
阮殿波深知,储能产业要解决的不是一个单点问题,而是储能技术和生态的整体升级。这让他有一种使命感,希望把经验贡献出来,帮助储能产业更好地发展。
就拿当下大热的锂电池来讲,目前锂资源价格波动、资源战略等问题日益凸显,使其成本居高不下。此外,锂离子电池的充放电速度、循环次数、能量密度、环境适应性等指标,与用户体验息息相关,也是急需解决的痛点问题。开发新型电池作为锂离子电池的替代方案,阮殿波团队将关注点集中在低成本、资源丰富、高本征安全的电池研发上。
“我们拓宽了思路,从材料上去改变。我希望把超级电容器的快充、长寿命、高安全、低温等优点与锂电技术嫁接,让两者的优缺点互补。这样做的好处不只在于优势互补,它还更安全。”
阮殿波的这些理念不仅仅是一个科学家的情怀,而是真正从市场端、技术端、人才端切入。他和团队将研究重心放在超快充电池,采用锂电结合电极技术。“要两条腿走路:一条腿解决原材料可控制备的问题;另外一条腿解决成本问题。我认为,只有实现低成本量产才能大规模推广。”
愿景和使命驱动是阮殿波坚持研究储能技术的底层逻辑。“绿色、安全、低成本是我们做电化学储能研究的方向。通过不断在产业链上布局,就是要实现电化学储能的低成本化、绿色化。同时,要保证系统绝对安全。现在仍然没有更好的办法,固态电池的技术还达不到。碳材料仍然是很好的选择,它有自己的优势。
评价电池的优劣有很多维度。阮殿波认为,如果从安全性上看,换电模式最终会被快充模式取代。“我们的分钟级充电的超快充电池技术,已落地镇海,年底会实现量产,解决换电模式不安全的问题;另外,我们的超长寿命磷酸铁锂电池材料技术,已落地鄞州,新型钠离子电池技术、盐湖提锂技术等一批成果正在筹备落地。”
“新能源时代,我们不仅要在研发层面的深度和广度上领先;应用层面,我们国家有更大的市场需求和更多拥抱新技术生态的热情,能够形成一定的优势。”阮殿波对此充满信心。
采访最后,谈到为何选择扎根宁波?阮殿波对这片土地充满深情。“客观地讲,长三角地区具有很好的创新生态。无论是搞科研还是办企业,宁波政府战略上重视,资源上投入,而且有大量社会资本愿意入场,这对储能行业的技术突破、产业链发展等方面,都发挥了巨大作用。我觉得这样良好的创新生态,有利于技术迅速落地并且产业化。”