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九三学社社员阮殿波的“超级电容梦”
发布日期:2018-12-29 来源:九三学社浙江省委
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【人物档案】阮殿波,1969年生,2015年加入九三学社。博士、教授级高级工程师、国家百千万人才工程专家,现任中国中车首席技术专家、宁波中车新能源科技有限公司总工程师。长期从事超级电容器领域的理论和应用研究,在核心电极材料制备、器件工程化与产品产业化等方面达到国际领先水平。2017年12月阮殿波作为第一发明人的《超级电容器的制造方法》荣获2017年“中国专利金奖”,同时被授予“国家有突出贡献中青年专家”称号。

“发达国家垄断的超级电容技术,我们一定要突破,而且要领先世界,还要将优质产品销售到世界各地!”这是阮殿波坚毅的“科学报国”信念。他用20多年的坚守,不断学习、研究、创新,成功将超级电容储能应用到现代有轨、无轨电车等领域,打破了科学界“超级电容仅能作为后备电源或启停使用的储能器件”的论断。

寻梦:与超级电容器结缘

阮殿波是一个有梦想的人。

20世纪80年代,美国提出了“星球大战计划”,超级电容器作为其研发激光武器的能源基础和核心技术,至今已有30多年的发展历程。2007年,美国《Discover》杂志将超级电容器列入21世纪七大发明之一。发达国家将它作为国家重点扶持的战略性技术,广泛应用于军工与航空航天等高端领域,并逐步向运输领域推广。超级电容器的发展是能量存储领域的革命性进展,也是中国制造2025科技创新的攻坚点。

尽管出生于东北偏僻的山村小镇,阮殿波始终坚信“科学改变命运”,毕业后他便毅然投身到“南下”奋斗的浪潮中。

首站便是北京,1991年9月,阮殿波进入清华大学机械工程系担任助教。铸造专业出身的他率先接触的是球墨铸铁中石墨的组成与结构研究,这也是和炭材料结缘的开始。世纪之交,正是新一代储能器件发展并开始腾飞的阶段。此前,市场上的储能装置主要是铅酸电池、锂电池和氢燃料电池,但这些电源器件存在成本高、使用寿命短、安全隐患大、报废后易产生二次污染等问题。这时,一个崭新的名词——“超级电容器”进入了他的视野。超级电容器是介于传统电容器和电池之间的一种新型储能元件,具有功率密度高、工作温度范围广、循环寿命长、绿色无污染等优点。超级电容器正是使用碳材料作为核心原材料,阮殿波找到了新的研究方向,“超级电容梦”在他心中升腾。

然而,梦想很美,现实很残酷。当时,国内核心炭材料研究基本处于空白状态,美日韩把持着全球超级电容器行业的关键技术。外国公司建立起来的技术壁垒使得新产品的研究进展无比缓慢。为了克服技术的不足,阮殿波经常熬夜到凌晨两三点查阅各类资料。而资金的紧张让他又不得不蜗居在清华大学教师宿舍的单人硬板床上。无数次的技术攻关,无数次的反复试验,艰难、心酸,在梦想与现实的巨大差距面前,阮殿波始终不忍放弃。他一次又一次地调整设计方案,核心材料从商用的活性炭纤维,跨越到当时最新的碳纳米管……终于,阮殿波掌握了超级电容器研制的核心储能材料制备技术——碳纳米管工程化制备技术!2002年,阮殿波成功研制出了第一支500F超级电容器,这也是国内最早一批大容量超级电容器产品。

“发达国家能做的,我们也能做到,而且能做得更好。”从此,阮殿波在追逐“超级电容梦”的路途上奔跑不息。

追梦:探索各领域产业化应用

雄鸡唱天下,逐梦尚知行。阮殿波是一个有梦就干,勇于追梦的真好汉。

阮殿波的办公室有一只布艺雄鸡,属鸡的他笑言很崇尚“雄鸡一唱天下白”的担当和引领精神。

学校是进行学术研究的乐土,却很难将科技成果直接产业化、规模化。而技术最重要的价值在于应用。考虑再三,阮殿波选择离开校园去创业。2003年,北京集盛星泰科技有限公司成立,阮殿波作为三位创始人之一,担任首席技术执行官。创业之初,公司获得了200万元投资,后来又陆续得到1000万元的资金投入。创业过程不可谓不艰辛,节假日驱车2600公里前往异地做实验,连续通宵修正设计文件等等都是“家常便饭”,甚至,最困难的时候还从家里掏钱给员工发工资。“最对不起的就是妻儿了!创业初期家庭的重任都交给她了!”但是,很快,看到楼下中车产业园内一座座标准的现代化厂房、一个个喊着“快乐工作、健康生活”的中车员工,他很快又为自己的科研创新感到无上的光荣。

几载寒暑,付出终有回报。2008年,“超级电容器大功率电源系统研究”项目获中国仪器仪表科学技术一等奖,“新型超级电容器及其应用”项目获北京市科学技术二等奖;2011年,“基于微纳技术的新型超级电容器”项目获国务院和教育部的技术发明二等奖。

科幻小说里,激光武器总是强大得令人瞠目结舌。而激光应用的前提就是实现强大的能源供给。阮殿波的超级电容梦正破解着能量储备和汇聚这一难题,让科幻变为现实。2007年,2.7V/4000F高比能超级电容器试验成功,为超级电容器技术的升级与追赶又一次提升了一个台阶。

自助者天助。风投看到了超级电容器行业的光明前景和巨大潜力,向阮殿波的公司投资2个亿。在阮殿波和同事们的坚守下,北京集星因多年的技术积累,很快跃升为国内超级电容器行业主要领军企业,产品的应用覆盖军工、汽车、重型机械、智能电网、光伏发电、风力发电等多个领域。

特别值得一提的是,超级电容器的研发不仅具有丰厚的经济效益,更能服务于国家安全。例如远赴亚丁湾护航的军舰上的某型武器便需要超级电容器。这种武器对于能量积蓄与释放要求非常高,传统的电池难以满足,而使用超级电容器就能解决这一难题。2008年,阮殿波与某海军舰队合作,成功研发了以超级电容器为储能电源超高功率电源系统,至今仍在服役中。目前,阮殿波的团队正在积极投身于我国“军民融合建设”的大浪潮中。

创梦:助力中国制造走向世界

2012年,中国工程院院士刘友梅找到了阮殿波。刘院士曾担任过我国第一、二代电力机车的总体设计,主持并组织了我国第三、四代电力机车开发研制。他告诉阮殿波,美国Maxwell公司已经研发出更大容量的超级电容器,但以军事保密为由不愿意出售。中央部委正大力推广绿色城市交通,社会各界期盼着中国人能自己研制出大容量超级电容器,并应用于轨道交通等各个方面。阮殿波从刘院士身上看到了一个知识分子“以天下为己任”的使命感,放弃了创业公司的薪酬待遇以及清华大学的正式教师编制,阔别妻儿,断然离京南下,加入了宁波中车,挑起了总工程师的重担。

在阮殿波的带领下,中车开涉新能源行业,所有的工作都得从零开始。白天,阮殿波和十几个年轻人组成的研发团队一起设计厂房、规划生产、辅导员工;晚上,加班学习、试制产品、研究工艺;更要挤时间奔波于各高校、研究机构,与企业技术交流。另外,不同于北京公司的稳定化运营,新的异乡创业与创新的过程更加艰苦,“屋外打雷、屋内下雨”常有发生,各个新兴市场对于产品交货周期的要求异常紧促,酷爱足球的他,看球赛是一种奢望,一月回一趟“北京家”更是一种奢求。在中车搭建的优秀平台上,在宁波市政府的大力支持下,付出很快取得了新的技术突破。仅仅用了不到一年的时间,2013年2月顺利建成两条国际一流的超级电容器全自动化生产线,同年率先成立了中国首个“超级电容器研究所”和由数十名国内外顶级学者组成的专家委员会。宁波中车的超级电容器研发和科研成果产业化,驶入快车道。

2013年初,第一支7500F超级电容器试验成功;2013年8月,第一支9500F超级电容器研制成功并顺利实现批量化生产,成为当时世界上最大容量的超级电容器。这一成果代表着我国超级电容器的研发水平已领先国际水平,大大提升了我国在这一战略行业的国际影响力。该产品成功申报国家863能源项目及宁波市重大科技专项,并成功应用于广州海珠线、淮安有轨电车线、宁波中心城区线和宁波196路无轨电车线等项目。相关系列产品也广泛应用于石油机械、地铁制动能量回收、混合动力汽车等领域,节约电能,减少煤、石油、天然气资源,降低二氧化碳排放,为我国的节能环保提供了全新的解决方案。

阮殿波带领的团队展现出超强的战斗力。超级电容的结构设计、材料制备、器件加工、系统集成等领域,宁波中车都取得了拥有自主知识产权的发明和创新。打破了国外技术的封锁,使中国成为世界上具有大功率超级电容器研发能力的少数几个国家之一。

普通电池的寿命仅有两三年,而超级电容器能达到12年以上,用于高铁制动回馈的电容器寿命甚至可以长达25年。普通电池能够承受的温差是零下20度到零上55度,而超级电容器的耐受性是零下40度到零上65度。在全生命周期内,超级电容器性价比最高、成本最低、效率更高、安全性更好。使用超级电容器,5分钟就可以给电动公交车充满电,而且可反复充电100万次以上。目前中车超级电容项目已累计投资超过5亿元,利用整车市场,向全国、全球范围推广。宁波已经在几百台公交车上配备了超级电容器,武汉、深圳、兰州等国内其他地区也建立了基地,产品远销东南亚、欧洲等地,市场反响非常好。

“我们的产品安全可靠、成本可控,已经抢占了国际市场,各项技术性能指标均达到领先水平。”阮殿波信心十足、豪情满怀。他主持的“耐高压超级电容器研制”“锂离子超级电容器(LIC)单体研制”“基于磷酸铁锂的电池电容”“基于石墨烯的电池电容”等项目正在稳步推进中。他还承担了多项国家级、省级、市级科研项目,包括国家863项目“高比能、低成本的新型超级电容器关键技术研究”。2017年,他参与刘忠范院士(九三学社社员)“石墨烯”专著系列丛书的编著工作。2017年12月阮殿波作为第一发明人的《超级电容器的制造方法》荣获2017年“中国专利金奖”。

“不忘初心、方得始终”,也正是因为“爱国、民主、科学”的初衷与信念,使得阮殿波在宁波的“二次”创业过程,接触到了类似于中车薄膜电容器的创业者陆祖怀社员、“石墨烯材料”领域孜孜不倦的探索者刘忠范院士。2015年3月,在多位社员的推荐下,他正式加入了九三学社。此后的他,以一名九三人的实干和担当,带领科技创新团队推动着中国超级电容器产业沿着“一带一路”走向世界。

(九三学社宁波市委 吴珍 郭腾达)