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每日速遞:廈大團隊攻克雙電層電容儲能瓶頸

2026-02-06 10:19:36來源： 東南網(wǎng)

(資料圖片)

東南網(wǎng)2月6日訊（福建日報記者李珂）記者從廈門大學(xué)獲悉，近日，廈大材料學(xué)院彭棟梁、魏湫龍團隊在《自然·通訊》（Nature Communications）發(fā)表重磅研究成果，通過創(chuàng)新“電化學(xué)驅(qū)動溶劑化結(jié)構(gòu)部分脫溶”機制，讓溶劑化鈉離子在多孔碳的納米孔中實現(xiàn)高效雙電層電容吸附，使多孔碳負極的比容量達到508C/g，據(jù)此組裝的混合鈉離子電容器軟包電芯能量密度達40Wh/kg（較當(dāng)前商用超級電容器提升4倍），且實現(xiàn)70秒超快充電、30000圈穩(wěn)定循環(huán)的優(yōu)異性能，為規(guī)?；娋W(wǎng)儲能、AI計算中心等高功率需求場景提供突破性解決方案。

據(jù)介紹，商用超級電容器的能量密度較低，難以滿足規(guī)模化電網(wǎng)儲能等對高功率輸出有嚴格要求的應(yīng)用場景需求。其能量密度不足主要受制于兩個原因：一是超級電容器依靠電極表面的雙電層電容機制儲能，電荷存儲容量有限；二是為避免電解液分解形成固體電解質(zhì)界面膜造成的雙電層電容吸附失效，其工作電壓窗口較窄。

面對這一挑戰(zhàn)，廈大研究團隊發(fā)現(xiàn)，在鈉基醚類電解液中，多孔碳負極即便在低電壓條件下形成的電解質(zhì)界面膜也能讓溶劑化鈉離子一起進入微小的納米孔道內(nèi)進行雙電層電容吸附，并且不斷增大的工作電壓窗口驅(qū)動著溶劑化鈉離子發(fā)生部分脫溶劑化過程，其平均溶劑化數(shù)從2.1逐步降至0.6，從而使孔內(nèi)的溶劑化鈉離子更貼近碳材料表面，大幅提升了雙電層電容電荷存儲容量。

因此，在比電容與工作電壓窗口的“雙重提升”下，多孔碳負極獲得了508C/g（即141mAh/g，商業(yè)化超級電容器的電極比容量約為135C/g）的超高比容量，同時保持了超級電容器的充放電速率快、壽命長等優(yōu)點。根據(jù)這一創(chuàng)新機制，研究團隊組裝了以多孔碳為負極、磷酸釩鈉為正極的混合鈉離子電容器軟包電芯，具有40 Wh/kg的能量密度（基于整體電芯的質(zhì)量），并可在70秒的快速充放電速率下穩(wěn)定循環(huán)30000圈以上。相比目前市場上已有的鋰離子電容器，這種鈉離子電容器不需要復(fù)雜的預(yù)處理步驟，工藝更簡單、成本更低，適合需要快速充放電、長壽命的儲能場景。

該研究工作在魏湫龍副教授、彭棟梁教授和大連化物所鐘貴明副研究員的指導(dǎo)下完成，廈門大學(xué)材料學(xué)院博士生范思成、博士生燕澤銳和碩士生王彬豪為共同第一作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金等以及廈門大學(xué)表界面化學(xué)全國重點實驗室、大連化學(xué)物理研究所、遼寧濱海實驗室的支持。

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