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挑战超级电容动力

时间:2010-11-26 12:25:46  来源:福布斯中文网  作者:Ada Qin

 美国《大众机械师》杂志(PopularMechanics)在去年底预测了2010年或将取得重大研究进展的10 项科技产品或科技概念,“超级电容”动力汽车被列入其中。

据该杂志分析,现在的电动汽车所面临的最大挑战是蓄电池问题。

无论是铅酸电池、锂电池还是氢燃料电池都具有相似的缺点,如成本高、寿命短、存在安全隐患、报废后易形成二次污染等。

而克服了这些缺点的“超级电容”可以被运用于汽车,科学家宣称已经通过了这一产品的关键测试。由此,《大众科学》杂志预计2010 年超级电容动力汽车即将面世。

实际上,在2010 年上海世博会园区里,61 辆超级电容城市客车每天忙碌地穿梭在世博园里的公交线路上。只要在每个站头上下客时间充电30 秒,在终点站充电3 分钟,这些超级电容车就可以持续不断地工作。世博会开幕以来,这些零污染、无噪音的电动力驱动客车每天实际运营15 小时以上,不仅要承受超负荷的运力,而且要接受极端高温、强烈雷暴雨天气的严峻考验。“5 个月内,这些超级电容客车累计安全运行80 万公里,运送游客3,000 余万人次。”上海奥威科技开发有限公司董事长华黎骄傲地说,奥威科技正是这些依靠电力驱动的城市客车的核心动力源——超级电容的开发者和提供商。

作为一种新型储能装置,超级电容被称为全新的“物理电池”。与目前用于各种电动汽车驱动的化学蓄电池相比,超级电容有着独特的优势。由于超级电容在能量储 存过程中基本不产生化学反应,因此具有超长的寿命,是普通蓄电池的几十倍乃至数百倍;超级电容可以在短至几十秒,长至几分钟内完成大容量充电,而蓄电池的 充电时间则至少为几小时;超级电容的放电效率可达98%,远高于普通蓄电池70% 的放电效率;超级电容还可以频繁地释放能量脉冲而不会产生效率衰减,蓄电池则不然,反复使用后的功效会极大降低;此外,超级电容还是一种环保的“绿色电 池”,拆卸或报废后不会造成环境污染。

不过,相比于化学电池,超级电容也有“致命”的弱点:体积大,且单位容积的电量存储有限。以超级电容动力汽车为例,一次充电完成后,仅能让汽车持续行驶几 公里,而在途中停靠时还必须随时补充电量。“我们要善用超级电容,并加以技术改进,就能开拓出意想不到的商业市场。”华黎说。

今年53 岁的华黎早年是国有企业的管理者。上世纪90 年代,他与几位汽车行业里的伙伴一起辞去稳定安逸的工作,下海经商。通过做国际贸易,华黎和伙伴们积累了1,000 多万元的资产。在一次到俄罗斯考察时,华黎发现俄罗斯高能物理研究所正在研究的超级电容是一个非常神奇的东西。“当时我感觉很震撼,因为国内基本没有听说 过超级电容这个东西,与电池利用镍、镉等稀有金属的电池相比,超级电容只要用高纯活性炭——碳是一种自然界再普遍不过的物质。”华黎说。

华黎非常渴望将俄罗斯的这项“领先技术”引入国内,他直觉告诉自己这项技术如果应用于汽车的制动能源回收,必将大有作为,于是他在俄罗斯前后耗费了3年时 间谈判。然而不相信中国人能够将这个技术发展起来的俄罗斯人最终给华黎开了一个“天价”的技术转让费。结果,技术转让以失败而告终。不甘失败的华黎回国后 仍然没有放弃,1998 年,他与合作伙伴在上海张江成立了奥威科技,一头扎进超级电容的研发。

然而,对于超级电容的开发远比华黎想象的要复杂得多。国内几乎找不到可以借鉴的资料,而俄罗斯高能物理研究所在这个领域已经潜心研究了50 年。三年下来,华黎带领的奥威科技仍然没有在关键技术上取得突破,这家决心要做第一个吃螃蟹、搞高科技创新的民营企业也在风雨中飘摇。靠贸易积累的资金已 经基本用尽,在将要发不出工资的时候,华黎和几个股东不得不把家里的房子抵押出去。“当时正值互联网兴起的时候,别人在互联网里烧钱,我们干脆把钱烧给了 当时在很多人看来还很遥远的清洁能源技术。”华黎略带幽默地感慨道。

超级电容的技术核心之一是原料高纯度活性炭的提炼技术。与太阳能电池的高纯硅原料类似,普通活性炭的市场价格仅为2,000 元人民币,而高纯活性炭的价格可以卖到2 万美元。要把超级电容变为市场能够接受的产品,就必须掌握这项技术。

在经历一系列挫折后,直至2002 年初,奥威科技终于在技术上取得了突破性的进展。原本希望将超级电容技术运用于汽车制动能源回收的奥威遇到一个机遇。上海为了改善城市面貌,准备将原先拖 着“辫子”的公交无轨电车在南京路和淮海路段运行时的“辫子”临时去掉。奥威的超级电容在此时派上了用场。结果,试验效果非常好。从此,华黎萌发用超级电 容做公交车动力的设想。

“超级电容可以迅速充电,在公交客车到达站点后,利用停车上客的几十秒时间完成迅速充电,安全顺利运营。” 华黎说。2006 年8 月,在与巴士集团、申沃汽车的合作下,上海11 路公交线投入运营了17 辆超级电容车,由此成为全球首个商业化运营的超级电容车线路。

与此同时,奥威不断改进超级电容技术。通常超级电容的双电层电容器采用对称结构,为了进一步提高超级电容器的储能,奥威公司研究开发了一种不对称结构超级 电容器。这一创新让超级电容的容量提高了4 倍以上,而充放电寿命也提升到了5 万次以上。此外,奥威还开发出有机混合型超级电容器,大幅提升了超级电容的比能量、使用寿命以及对环境温度的耐受性。“在超级电容领域,奥威拥有目前国内 这个领域40% 的专利,奥威还是6个行业标准的制定者。”华黎透露说。

今年5 月,香港政府代表在参观上海世博园后对超级电容动力汽车留下了深刻的印象,香港九龙巴士公司决定将其引入香港。7 月,首辆超级电容巴士在香港亮相,并博得了香港媒体的高度关注。“香港的公交线路都是私人运营的,超级电容客车进入香港证明了这种电动客车的市场价值。” 华黎说。据奥威科技的测算,超级电容公交车可以比普通公交车节约至少2/3 的燃料费用,而一次性投入购买超级电容汽车的成本,只要用大约3 年的时间就可以通过运营收回,而由于“零排放”和降低城市噪音对环境产生的效益还没有计算在内。

在世博会中的亮相为奥威赢得了更多的国际关注。在法国巴黎,奥威的超级电容将被应用到塞纳河的电动游船里;美国的汽车厂商也在与奥威科技洽谈技术转让,希 望在美国的大学校园车里用奥威的超级电容。“当年俄罗斯的超级电容专家也到奥威参观过,他对我们的发展表示惊叹,因为这十几年来,他们的技术产业化仍然停 留在原地,而我们早已迈出了商业化的步伐。”华黎的语气中充满了自豪。

在中国政府推广新能源汽车的“十城千辆”计划中,奥威科技开发有限公司接到了总值超过10 亿元的订单。这些订单将不仅包括城市客车,还包括用于码头集装箱调运的70 吨纯电动重型港口牵引汽车、100 吨的矿石运输牵引车等。在上海浦东老港工业园,奥威科技的新生产基地——年产350 万只超级电容器的工厂已经开工。在华黎的计划中,节能电梯、风电设备、太阳能储能系统和应急电源等领域都是奥威的超级电容在未来可以进入的领域。

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