2024年09月19日
第07版:07

天津工业大学教授时志强——

二十年摸透超级电容器“秉性”

本报记者 郑进超 本报通讯员 杨林林

时志强教授介绍产品

位于沧州高新区盈创科技园的容创未来(沧州)新能源有限公司(以下简称容创未来公司),最近获批“河北省科技专家企业工作站”。容创未来公司创始人、天津工业大学博士生导师时志强,研究超级电容20年,掌握超级活性炭材料、活性炭电极、新型电解质盐、高电压电解液、超容单体设计与开发的全套核心技术。公司生产的超级电容器应用于智能电表、水表、燃气表、热表、智慧物流、物联网、工业节能等领域。

产品应用场景广

近日,在容创未来公司,时志强向记者介绍公司的产品:纽扣般大小的纽扣式超级电容器、看上去像1号电池的引针式超级电容器,虽然体积不大,却在智能电表、物联网等领域中发挥着重要作用。

在智能电表普及之前,抄表员要入户抄表,才能完成用电数据的记录和统计。而智能电表则可随时把数据发送到后台终端,超级电容器作为功率型电源,可以在停电时依然保证电表数据的即时传输,从而避免了用电数据丢失。随着智能电表和物联网技术不断普及,近年来超级电容器的需求量也随之增长。

目前,容创未来公司推出了高比能、高电压、低内阻、超低温等多个系列100余种超级电容器产品,还集中力量开发汽车启动电源、动态电压恢复器、高电压直流电源等相关产品,并瞄准了国际市场。

时志强是天津工业大学材料科学与工程学院教授、博士生导师,还担任中国电工技术学会超级电容器与储能技术专业委员会副主任、中国超级电容器产业联盟副秘书长。他先后承担国家高技术研究发展项目2项、国家自然科学基金项目3项。在超级电容器领域深耕20年,时志强早已对超级电容器的“秉性”了然于胸,在新型电解液和高耐压超级电容器的研究上具备了原始创新的技术储备。

他介绍说,相比于当前一些“火热”的电池技术,超级电容器具有更高的安全性。如锂离子电池储能体系,主要依靠锂离子在正极和负极中发生电化学反应,实现能量的存储与释放。这一过程,会引起正极或负极材料的晶体结构产生膨胀和收缩现象。目前,石墨电极材料的膨胀率约为10%,而硅基负极的膨胀率达到300%,导致电池材料的结构稳定性遭到破坏,电池的寿命衰减、安全隐患提高。超级电容器则依靠多孔炭电极表面与电解液界面形成的双电层实现电荷存储,电解液离子不进入活性炭电极材料的本体中,不会对材料主体结构产生破坏。

也正是因此,超级电容器具有超高的循环稳定性和安全性,不仅具有超过100万次的循环寿命,且在全生命周期中贡献的总能量更大。

时志强说,要提高超级电容器的储电容量,关键是改变电解质盐的结构尺寸。时志强团队通过理论设计和大量实验验证,合成了系列不同尺寸的电解液核心材料,不仅大幅提高活性炭电极的储电容量,还显著提高其耐高电压特性和耐低温性能,使其工作环境扩展到-60℃和85℃的温度范围。

新赛道越来越宽

时志强说,自己从事超级电容器研发的20年,也是超级电容器在国内被逐渐认可的过程。

与国外相比,我国超级电容器的研究始于上世纪八九十年代,起步相对较晚。20世纪90年代初,陆续有企业开始进行水系超级电容器的产业化探索,但行业规模较小。

2005年至2010年,国内企业借鉴国外经验,在超级电容器开发上积累了一定的技术实力。随着新能源汽车、风力发电、智能电网的发展,国内超级电容器产业迎来发展期。2015年以来,国家出台多项支持政策,推动超级电容器产业进入快速发展阶段。

时志强坦言,他和研究团队经历了国内超级电容器技术及产业发展的整个过程。

在基础研究方面,团队获得了多项国家和省部级研究课题的资助,陆续完成了超级活性炭材料、活性炭电极、新型电解质盐、高电压电解液、超容单体设计与开发的全套核心技术积累。

同时,团队突破了双电层电容器单体电压长期低于2.7伏的行业难点,完成了双电层电容器3.2伏系列、锂离子电容器3.8伏系列产品的开发。

在产业合作方面,时志强团队还与很多企业建立了长期合作关系。

时志强认为,我国在超级电容器产业领域已经初步形成世界上最完整的产业链,具备完全自主可控的高质量发展条件,研发突破多项“卡脖子”技术,奠定了原创性和颠覆性创新的基础。

科研创业两不误

时志强曾在天津大学求学与研究10年,深受天津大学“穷学理、振科工、重实验、薄雕虫”理念的影响,他也一直在践行这些理念。

读博期间,时志强多次参与产业化项目。2006年,他全程参与了导师在杭州萧山的一个超级活性炭的中试和产业化项目,这些经历对他是一种难得的历练,也让他接触和了解了各种规模的企业。2010年,南方某地方政府提出资助他200万元并免费提供厂房、办公室,邀请他去创业,但时志强认为一些条件尚不具备,选择继续做研究,积蓄力量等待有利时机。他说,如果当时选择创业,可能会搞出一个中型企业来,但同时也会失去持续进行科研创新与技术积累的机会。

机会青睐有准备的人。前两年,时志强的一个朋友要卖掉手中的超容企业,他帮着联系了几个客户,最后却都不了了之。后来,在跟这位朋友的谈话中,他再次产生了创业的想法。

时志强这个大胆的想法得到了妻子的支持。他们拿出买房的家庭积蓄,又贷款四五十万元,共投入200多万元,开启了创业之路。

时志强明白创业有风险,但他表示就算创业失利,大不了从头再来。面对风险,他还是坚定地抱着创业的信念,在他看来,无论是技术还是财富都来源于社会,只有回归社会,才会形成良性循环。虽然创业伊始市场就卷得厉害,但时志强充满信心,他认为在超级电容器这个新赛道上,自己和团队在基础材料和主流工艺技术方面,具有持续的创新和技术积累,并依靠产品极致的性价比,一定会源源不断地赢得客户青睐。

如今,容创未来公司设计年产能2000万支超级电容器,即将在年底投产。时志强表示,下一步要找到具备优势的细分市场,并打通国际市场。

2024-09-19 本报记者 郑进超 本报通讯员 杨林林 天津工业大学教授时志强—— 1 1 沧州日报 content_140794.html 1 二十年摸透超级电容器“秉性” /enpproperty-->