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| 在“冒险”中前行 | 发布于:2015/02/07 | |
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| 手机充电仅需2秒、太阳能路灯一个早上的充电量就可以满足7天的照明，汽车刹车时的制动能量可被瞬间回收并储存……这就是超级电容器的神奇功能。它是近年来随着新材料科学的突破而出现的一种介于传统电容器与电池之间的新型绿色环保物理储能器件，是对化学储能技术的有益补充。 日前，由湖南耐普恩电能科技有限公司（下称“耐普恩”）自主研发的超级电容器生产线正式投产，这是国内第一条年产100万只超级电容器生产线，它涵盖了极片制备、单体组装全工艺流程。有业内人士表示，这标志着国内超级电容器行业长期被国外厂商垄断的局面将被打破，必将加速我国超级电容器产业的发展。 然而，完成这一对中国超级电容器产业发展具有重大意义的耐普恩公司其实只是一家创办仅四年的年轻企业。从初创到发展壮大，从科研创新到市场抉择，耐普恩的成长之路上总是伴随着各种“冒险”，但正所谓“知者不惑，勇者不惧”，耐普恩凭借着智慧和勇敢，在超级电容器领域闯出了自己的一片天。 光看长相，超级电容器和电池一样，只是“身材”算得上是加大号。但同样身为储能元件，超级电容器区别于电池的“超级”之处何在？ “超级电容器是一种物理式储能装置，就像把水倒进水杯再倒出去一样直接、快速，这个过程中不会发生化学反应，水量可多可少。而以铅酸蓄电池、锂电池为代表的化学式储能装备则是把电能转变成化学能，再把化学能转变成电能释放出来，充放电的速度必然变慢。”耐普恩董事长黄浩宇对自家“宝贝”的优点如数家珍，“得益于物理式储能的特征，超级电容器在常温下可循环使用100万次，充电10秒至10分钟即可达到额定容量的95%以上，无污染及爆炸风险。”而化学式储能充电次数在1万次以内，充电时间长达数小时，存在爆炸与污染环境的风险。 然而，称得上超级电容器专家的黄浩宇，此前与这种高新技术并无交集。他们的缘分来得偶然，却结得深厚。军人出身的黄浩宇从商多年，一次，正在加拿大出差的他在当地买了一份《环球华报》，其中一篇关于“未来20年的六大超级技术”的报道吸引了他的注意，全篇阅读下来，超级电容器作为“一种有无限发展可能的超级技术”深深印在了他的脑海中。 回国后，黄浩宇竟在一次讲座上与超级电容器重逢，这次偶遇的不只是超级电容器，还有他的老朋友钟晖。钟晖是中南大学冶金科学与工程学院教授，与电子材料打了多年“交道”，对超级电容器也有所研究。在老朋友的介绍下，黄浩宇了解到，超级电容器虽好，却是一根难啃的硬骨头。湖南曾有企业对超级电容器进行了多年研发，但关键技术无法突破，最后以失败告终，国内能批量生产并达到实用化水平的企业不到20家。而随着电动汽车等对短时间迅速充电的需求，超级电容器必定会成为市场主角。美国、日本和俄罗斯等国已在研发生产上占据领先地位，且建立了专门的国家管理机构（如美国USABC）制定国家发展计划。 骨头再硬也要啃。凭着商人的直觉和军人的勇气，黄浩宇认定了超级电容器这只“潜力股”。2010年，黄浩宇与钟晖等人合作，成立了湖南耐普恩电能科技有限公司，做了别人想做而不敢做的事，开启了自己全新的创业之路。 看似薄如纸、两面黑漆漆的极片，是超级电容器制造的核心部件，其成本占总成本的50%以上。虽然国内企业涉足超级电容器领域已有十多年历史，但一直缺乏核心的极片生产技术，无奈只能依靠高价进口。黄浩宇认为，“前辈们”在这条路上已经跑远了，若想赶超他们，就必须站在一个新的起点上，极片的生产就是突破口。耐普恩成立时的目标就是研发拥有完全自主知识产权的超级电容器极片。 超级电容器是一种容纳电荷的装置，如果把电荷比喻成蜜蜂，蜜蜂有自己赖以生存的巢穴，蜂巢里的洞穴越多，可以生存的蜜蜂就越多，也就意味着电荷越多。活性炭含有大量微孔，是制作“蜂巢”的绝佳材料，将活性炭涂抹在集流体上就能制成极片。在涂抹过程中，粘结剂的选择十分关键。粘结剂过多会把微孔堵住，电荷进不来，量过少则会涂抹不上。耐普恩的生产技术副总经理刘继波曾在这个环节上绞尽脑汁，停滞不前。“已经记不清看了多少本书，光是下载的电子书就有1000多兆，还做了上百次试验，可一直没有突破。” 创新灵感往往在不经意间迸发。2009年的一天，当试验再次走进死胡同，刘继波不得不改道而行，回到书中继续寻找灵感。功夫不负有心人，这次，书中的一句话让他的思路清晰起来。刘继波选择了一种全新的粘结剂体系，并通过实验验证了可能性。之后，他和团队经过不断尝试终于合成了一种新型粘结剂，使处理后活性炭与集流体附着力强，并首次采用二次混浆制片工艺，改善了活性炭颗粒的分散性能和粘结性能，在保持粘结性能的同时明显改善了电接触性能，降低了内阻。2011年，“低内阻超级电容器极片制备新技术”通过了湖南省科技厅组织的科技成果鉴定，以中国工程院院士黄伯云为主任的鉴定委员会认为，该成果性能达到国际先进水平。 在此基础上，公司研发团队制备出了性能稳定、功率密度高的超级电容器单体和模组。为了在保证产品性能的同时有效降低生产成本，提高市场竞争力，耐普恩还在生产设备上下足了功夫，对配料、涂布、轧制、焊接、测试等工序全部进行了大胆创新。 “现在生产线上的工作人员不到30人，而其他同等规模的生产线需要近200人，其中的秘密就在于我们买了别人舍不得买、不敢买的设备。例如在涂布工序上，厂家一般都是采用单面涂布，而我们采购了最新研制、价值600万的‘双面同时挤压涂布机’，既减少人力，又能大幅提升涂布的效率和精度。”刘继波认为，“传统设备虽然不会出大问题，但也难有上佳表现。相反，敢于冒险尝试新事物才会有更大的收获。” 不过，耐普恩的投入并不盲目，每一道工序的确定、每一台设备的选择都经过了改良创新、谨慎思考。对不能满足要求的设备，公司提出改进方案，交由设备厂家“量身定做”，然后在现场试验中不断提出问题、解决问题。为了达到理想效果，黄浩宇和刘继波常常亲自上阵，严格把关，一年多的时间都在河北、上海、深圳等设备厂家做试验。没来得及好好享受做老板的惬意，倒先体会了一把工人的辛劳。 新能源汽车日益受到关注，充电慢、耗电快、寿命短的电池却成了发展的绊脚石，而大容量、能快速充电的超级电容器正是解决之道。于是，企业把目光纷纷投向这块大蛋糕。 是随大流、蜂拥而上挤入这条阳光大道，还是敢于冒险、另辟蹊径独行羊肠小路？耐普恩选择了后者。“别人都在抢占的市场，我们降价杀进去，对谁都不利。勇敢地向旁边走一步，小路也能走出宽广天地。”无论是负责技术创新的研发人员，还是执掌决策大权的股东，都认可“向宽而行”的理念，在这种氛围下，超级电容器应用产品的研发进展顺利。 超级电容器最大的杀手锏是可以瞬间吸收或释放极高的能量，充电时间仅需几秒。针对这一特性，耐普恩与湖南省特种设备检验检测研究院合作，研发出“电梯用超级电容器节能与应急平层供电装置”，把电梯下行产生的能量储存起来转化成电能，“以备不时之需”或冲抵日常耗电，让下降中的电梯不再“白做功”，从而达到节能效果。据权威机构现场检测，安装该装置后，电梯的节能效率可达到30%左右。凭借出色的节能效果，该装置已被录入《长沙市节能技术和产品推荐目录（第一批）》。 此外，耐普恩生产的650F、1200F、2000F、3000F超级电容器单体已经在风光互补灯储能系统、AGV机器人储能系统、汽车启停装置等方面得到了实质性应用。 交通拥堵时，汽车尾气排放量非常大。如果能在汽车短时停止运动时停止发动机的运行，并将制动过程中产生的热能转换成电能储存在超级电容器里，之后再利用电能迅速启动发动机，这样就能减少燃油消耗和CO2排放，既经济又环保。初步计算，在拥堵的交通条件下，启停技术加上制动能量回收可节约16%至18%的燃油。“这些角落里的蛋糕其实也不小，如启停系统在欧洲、日本的覆盖面已经很广，在我国却水土不服，这无疑有很大的潜在市场。虽然市场的壮大需要时间，但全国有这么多车辆，若是能发展起来将不可小觑。”对现在公司的奋斗方向，黄浩宇非常有信心。 生命是场大冒险，只有勇敢者才能遇见奇迹。耐普恩从无到有，从有到优，离不开99%的汗水，更少不了1%的勇敢抉择。作者：李瑚 尹嫦月 来源：发明与创新·大科技 |
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