“让技术改变生活,这是我们的梦想”

28.11.2014  16:07

          将一块四四方方、厚度比一枚一元硬币还要薄的片状电容器充电5秒钟后,再将电容器连接上马达,马达瞬间发出低沉的嗡嗡声,带动电风扇风叶运转,持续时间长达5分钟后,风叶才缓缓静止下来。
          这是11月4日,2014年“创青春”全国大学生创业大赛现场,我校物理科学与工程学院应用物理专业大四学生叶天明等成员组成的“全固态柔性超级电容器”创业团队,作为上海市重点推荐项目,应邀面对企业投资人、全国数百支创业团队路演时的一幕。
          这一充电快、质量轻、可弯曲、无污染的全固态超级电容器得到了现场投资人的青睐和比赛组委会的高度认可,最终斩获2014年“创青春”全国大学生创业大赛银奖。

                                                                                                                              技术创新灵感来源于生活
          “能不能改变现有锂离子电池笨重、回收和降解困难以及有潜在爆炸危险的情况?”“有没有更便捷、更安全、更高效的新能源存储装置?”有感于锂离子电池的种种缺陷,去年10月,叶天明冒出了自己动手研发更先进的储能装置的主意。
          渴望实现这一技术创新的叶天明找到了我校物理科学与工程学院副教授程传伟。听了叶天明的想法后,程传伟对这一来源于生活的技术创新灵感给予了积极肯定和支持,并将研究方向与之相关的凝聚态物理专业博士生孔德志推荐给了叶天明。
          带着对技术创新前景的憧憬,应用物理专业本科生胡腾洲、邵坤先后加盟。在孔德志带领下,叶天明、胡腾洲、邵坤等组成的研发团队开始了反复试验。
          位于同济大学南校区西南角的第一实验楼里,有大大小小40多个实验室,其中的超级电容器制作实验室里留下了研发团队日夜奋斗的身影。“在程传伟老师指导下,我们一边进行文献调研,一边开始寻找合适的电极材料。开始的时候几乎每天都在遭遇失败,好不容易做出来电极片,拿到仪器上一测试,发现有的根本不行,而有的达不到我们的设计要求。为了追求更好的效果,我们只好不断地变换电解质、基底和电极材料,不断地改善电容器的性能,有时候都感觉要放弃了,但是我们还是不断地给自己打气,一定要把它做出来。”叶天明这样描述当时的状态。
          研发团队先后试用了30多种不同的电极材料、调配过上百次电解质浓度以及活性材料生长浓度配比,经历了一次又一次的失败后,6个月后的某天晚上,正在实验室里制作储能装置的孔德志突然激动地大声宣布:“全固态柔性超级电容器制作成功啦!”大家全部冲到实验台前,只见被充电5秒钟后的片状电容器,带动马达转了整整5分钟。对当时的场景依然历历在目的团队成员那一刻觉得“马达发出的声音是那么悦耳”。
                                                                                                        “研究成果达到国际领先水平
          在超级电容器制作实验室里,记者见到了这块“神奇”的电容器,小小薄膜看起来一点都不起眼。
          “它的制作原理是怎样的呢?”记者问叶天明。
            “全固态柔性超级电容器由柔性基底、固态电解质和活性物质材料组成,其中,活性物质材料主要来自于三维分层过渡金属氧化物纳米复合材料,它是整齐均一地直接生长在导电柔性基底上。当具有高容量特性的三维过渡金属氧化复合材料遇到了低成本的活性碳后,它们组成了非对称超级电容器的负极和正极,结合使用固态电解质,再将上述材料的优点整合到一块很小的基膜中,就可以打造出可弯曲、可折叠、可裁剪的电容器了。”叶天明解释道。
          不仅如此,与传统的锂离子电池相比,全固态柔性超级电容器的优点还有不少。比如,它的制作成本相对较低,制作一个几千毫安的移动电源,价格只要几十元;它具有快速储存电能的功能,每5000毫安时的电容器装置能在5分钟内快速充满电;相比其它液态超电容,由于采用的是固态电解质而且不需要类似锂离子电池中使用的隔膜,不会发生因电解液泄漏、隔膜被击穿而引起的爆炸危险,比较安全;它的循环寿命很长,可进行完全充放电次数10000次以上,等等。
          研究成果得到了业界的高度认可,团队先后发表高水平SCI论文2篇,获得技术专利1项。“我们的研究成果达到了国际领先水平。”孔德志对此自信满满。
          去年年底,研发团队入驻同济创业谷,“全固态柔性超级电容器”创业团队正式成立。来自我校企业管理、经济学、会计学、工业设计、行政管理专业的学生陆续加盟,多元化的专业背景让团队在追求创业的道路上越走越快。
                                                                                                                      “打开柔性时代的大门
          “我觉得全固态柔性超级电容器的出现会颠覆现有电子器件的固态化,开启全新柔性电子器件的时代,打开柔性时代的大门。”邵坤说道。
          在同济创业谷里,经过无数次的头脑风暴后,团队决定首先主打速充移动电源产品,通过提供个性化定制服务进入移动电源市场。叶天明向记者展示了定制的手机壳效果图。团队可以在手机壳里内置全固态柔性超级电容器,这样手机壳就变成了移动电源。出门前,几分钟内将手机壳充满电。出门在外时,手机壳一方面可以起到装饰作用,另一方面当手机电量不足时,按一下手机壳背面的开关,手机壳马上可以为手机充电。
          团队还有更大的“野心”,未来随着技术的完善和对市场的进一步开发,他们将目光瞄准了电子设备行业、电动玩具行业和电动自行车行业。团队成员说:“以电动汽车为例,我们可以为电动自行车提供电源动力,为机动车提供启动电源。相对于原有电瓶而言,我们的产品充电速度更快、安全性能更高、电瓶使用寿命更长。
          由于全固态柔性超级电容器具有高功率密度和高能量存储密度的特点,团队还将进军电动汽车领域画进了他们的蓝图。“我们可以与电动汽车厂商合作,提供能源储存、刹车储能等一整套汽车能量管理系统。由于全固态柔性超级电容器具有柔性和安全的特点,不会因为形状的改变而对性能产生影响,因此在灾难中是很好的应急供电系统能源提供者。”团队成员说道。
          今年年初,团队报名参加2014年“创青春”全国大学生创业大赛,从冲出校赛、市赛,到闯进全国决赛,斩获奖项,创业项目得到了业内和投资人的高度关注,更重要的是,团队每个人都感受到了自己的成长,创业的视野和思路不断拓宽。
          团队计划年底正式注册公司,拟选址市金山工业园区。目前,不少风投和电池生产厂家找上门来,其中上海蓝湾源投资公司计划注资100万,山东金潮宇科蓄电池公司伸出了合作的橄榄枝。
          “技术上我们还有不少提升空间,我们希望能够不断完善技术,然后将技术应用到生活中来,让我们的生活发生一些改变,这就是我们的梦想。”团队成员表示。