作者:杨晨 来源:中国科学报微信公众号 发布时间:2023/12/3 19:47:50
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这株“千年不烂”,在他手里变成黑色“黄金”

 

文 | 《中国科学报》 记者 杨晨
苎麻,一种天然的纺织材料。在杨维清眼里,它还能制备活性炭电极,并应用于超级电容器。
杨维清是西南交通大学(以下简称西南交大)材料科学与工程学院的教授,长期从事先进储能材料和器件的研究。从2015年起,他盯上了这一株“千年不烂软黄金”,开启了基于苎麻炭的超级电容器产业化研究。
如今,苎麻炭成果已走出实验室,准备走上生产线。杨维清也找到了投资伙伴,锚定实现商业化生产的最终目标进军。
一路走来,杨维清不断摸索,也不断试错,逐渐明晰对自己的定位:“我只是个‘导演’,我需要投资商、制片人把我的作品变成商品,让想法变现。”
他强调,一定要实事求是,让专业的人做专业的事。
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杨维清(左一)和团队在实验室。西南交大供图

从椰壳到苎麻秆

相比传统电容器,超级电容器通常具有更高的能量密度和功率密度,且充放电速度快、循环寿命长,因此被广泛应用于地铁动能回收、新能源城市交通、航空航天等诸多领域。
“决定超级电容能量密度的关键就是电极材料。”杨维清打了个比方,“就像决定了建的房子能装多少人。”因此,活性炭由于具有比表面积大、孔隙结构可调整,且化学稳定性好和成本低等优势,成为超级电容器的首选电极材料,用于吸附电荷来储存能量。
椰壳,则作为原材料,被广泛用于制备电容活性炭。但这一技术和规模化生产线一直被国外企业牢牢握在手中,是我国超级电容发展的一大“卡脖子”问题。
“蜀麻吴盐自古通,万斛之舟行若风。”自古以来,四川产的苎麻一直远近闻名,于多地流通,其中大竹县产的苎麻久负盛名。对于从小生活在大竹的杨维清来说,每年长三季、能蹿两米高的苎麻是再熟悉不过的家乡特产。
“苎麻和椰壳都是生物质,苎麻是否也可以用于电极材料的制备?”2015年,当这一想法在杨维清脑中蹦出后,他便着手展开研究。
苎麻麻秆具有灰分低、含碳量高的特点,是制备高比表面积活性炭的理想原材料。“而且苎麻纤维素含量较高,纤维取向有序,具有疏松多孔的特点,比椰壳制备的活性炭能够更好地储能。”杨维清团队成员罗淇天介绍。
“家乡苎麻满地,尤其是苎麻秆,都没人要,烧了还污染环境。”杨维清从老乡们手中收来的废弃苎麻秆,摇身一变成了高附加值的先进材料。
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苎麻炭成品。受访者供图

试错的过程

杨维清课题组的实验室里,一台高温管式炉见证了苎麻炭制备研究的起点。
根据一系列的实验要求,杨维清和团队在不断试验中,摸索出了一套包含30多道工艺的制备方法。苎麻经去皮或碎秆后,不仅要进行炭化和活化处理,而且还要经历除铁、酸洗、漂洗、过滤等纯化流程。而最为关键的炭化工艺,主要就在高温管式炉中完成。“在氩气环境下,设置一定的参数对苎麻进行焖烧。”
实验阶段,杨维清成功研发并测试出想要的活性材料,但产量只有100克。要实现材料规模化生产,应用于储能器件,制成电容产品,并最终进入销售流通环节,还有很长的一条路要走。其中,最重要的就是中试环节。
在学院内,杨维清逐步搭建起一条年产5公斤的超容炭中试线。“这是一个不断试错的过程,不只是技术工艺上的不断改进。”
因为是制备新材料,市面上没有标准化的生产设备,所以杨维清得自己动手改装类似的装置。“像高温水蒸气活化的锅炉,前后换了四个,因为之前的流量和温度不能达到工艺要求。”目前使用的锅炉,也有杨维清的“改造”痕迹:连接管道被缠上了一圈又一圈的加热带,避免温度的流失。
公斤级别的苎麻炭制备实现后,杨维清把目标产量瞄向了“吨”。一开始他有点野心,直接就谋划了年产300吨级别的生产线,但资金风险和实验风险太高,最后不得已而放弃了。
“实际操作中我才发现,风险极高,光设备的投入一年都得5000万元,如果不合适要改又是一笔支出,太‘烧钱’了。”杨维清将目标缩小至“年产30至60吨”的中试线,尊重科研规律的同时,又能合理规划投入的时间和资金。
在苎麻炭研究起步没多久,西南交大就进行了一场“职务科技成果权属混合所有制改革”,先后出台了《西南交通大学专利管理规定》和《西南交通大学无形资产管理办法》。前者使得科研人员从一开始就和所在单位共享了成果的所有权,后者则规定校内职务科技成果不再纳入国有无形资产管理清单,而由学校科研管理部门作为成果管理,因此打破了高校成果“不愿转”“不敢转”的局面。
乘着政策的东风,杨维清确定了年产30吨级中试生产线目标后,也遇到了满意的合作对象。
2021年1月,杨维清团队“高比能超级电容器关键材料与器件制备工艺系列技术”所涉及的9项职务发明,按照学校和科研团队3∶7的比例完成知识产权分割确权后,以1388余万元的估值作价入股四川一家科技企业。其中,学校30%的知识产权由该公司出资416.574万元购买。

整个转化过程也不复杂,无须上报学校国资处、校长办公会和党委常委会审批,只需在西南交大科学技术发展研究院网站上完成公示即可。

专业的人做专业的事

目前,杨维清及其团队在学校完成公斤级苎麻炭制备后,再送往合作公司位于成都龙泉驿区的厂区,作商用型的软包和圆柱超级电容器,并进行性能测试分析。这一条半自动化的封测中试生产线已经运行了快两年,流程中各项工艺已经成熟,如今正处在各项设备的“磨合”阶段。
厂区预留的一块2000多平方米的空地上,杨维清已有了谋划:搭建那条年产30至60吨的苎麻炭制备中试生产线,包括材料和器件的试验,而相关技术路线的调研论证现已顺利结束。
“和我合作的这家企业,以前主营印刷业务,现已停产。”杨维清解释,二代掌舵者接手后,一心想让公司转型,而自己又正好在找投资,所以两人一拍即合。
杨维清最看重的,是双方理念的契合。“其他投资者就只想投钱,产品研发、销售等都要我来组建团队,可管理并不是我的专长。”这家老板只让杨维清管技术,产品后期的业务根本不用他操心。同时,杨维清也看中了公司的实力:背靠涉足多个领域的家族企业,抗风险能力较强。
“实事求是,专业的人就做专业的事。”杨维清给自己提出了“三不一结”的要求,即“不当法人,不参与控股,不过早想预期分红,且一事一结”。“虽然目前苎麻炭项目我仍有持股,但占比较少,未来其他项目我还是会坚持‘三不’原则,不想在科研上分心,也不想过分夸大自己的作用。”
杨维清给自己定义为“科研代工”的角色,只做技术委托开发。“‘一事一结’,我和团队只为企业解决科技问题,我们拿我们该拿的,至于拿多少,就由双方协商评估我们的智力、人力和时间投入。”
曾经的他,和投资者谈判时,也抱着一腔“不甘心”:这是我的技术,我要控股,我要绝对的话语权。2017年的不停碰壁,才让他意识到科学家和企业家各自拥有不同的固有属性,兼容很难。对一个产品起决定性作用的,不只是技术本身。
当时杨维清手握技术,找来一帮同学自己干,想控股实体企业。四处奔波,投资一直不到位。穷途末路之时,一家做精密轧机的企业找上门,求购杨维清的技术,应用于产品的无线监测系统。“虽然完全打破了此前的计划,但成果‘卖出去了’,项目和课题组都活下来了。”杨维清一下子尝到了甜头。

撑起一把“伞”

“也许我就该专心搞科研,我也爱做科研。”一番折腾,让杨维清根据实际情况作出了新的判断。
喜欢科研这件事,也是杨维清在一路摸爬滚打中认识到的。本科毕业后,他当过连锁餐饮店经理,做过奥赛培训机构的讲师,还开过网吧,一个劲儿想的就是挣钱。2003年,在培训机构已是金牌讲师的杨维清,收入不错,但他总觉得每天都是重复劳动,“少了点意思”。
第二年,他决定重回校园,到四川大学攻读硕士和博士学位,后又赴美深造。经过了十年的二次求学,37岁的杨维清正式踏上了科研之路。
杨维清很羡慕那些一早就选择做科研,且长久坚持下来的学者,但他知道人的经历不能被复制。“我起步晚,只有靠时间堆。”尤其在2017、2018年课题组成果转化遇到困境时,杨维清不得已作出取舍,忙于工作却疏于对家庭的陪伴和照顾。每每想到此,他都深感亏欠。
正是这些“弯路”带来的磨砺,杨维清越发明白自己要什么,拓宽了思路,打开了“格局”。除了大学教授,杨维清还有个身份:四川省政协委员。而他的提案,基本都和高校如何打通科技成果转化“最后一公里”有关。
自己淋过雨,就想为别人撑把伞。杨维清的提案中,总是融入了自己实践后总结的经验。他曾提出政府可以鼓励高校和机制更为灵活的中小企业共建中试平台,而且能够提供资金引导,或对中试阶段给予补助,以减少高校科研团队成果转移转化的“风险”和压力。
盘点一路走来遇到的堵点,他也作出思考,写入提案。他建议能从政策层面,督促高校落实符合科技成果转化工作特点的评价机制,不能总让“发文章才能评职称”消磨了高校师生的积极性。
杨维清更想蹚出一条路。他的短期目标,是实现符合商业标准的苎麻炭超级电容器的产业化生产。“现在苎麻炭的制备产量已经从100克增长到5公斤再到30吨,未来,我们要建立的是年产300吨的正式生产线。”
他还有一个远期计划,就是基于即将构建的年产30至60吨的中试生产线,不断扩充发展成一个中试技术工程中心。“成为一个能够完成多种电池材料试验的产地,和面向省内各大高校科研团队开发的新能源材料验证平台,具有公共性和兼容性的中试平台。”
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杨维清在实验室。西南交大供图
 
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