電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道，在全球能源轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的背景下，規(guī)模化電網(wǎng)儲(chǔ)能、AI計(jì)算中心等高功率場(chǎng)景對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的要求愈發(fā)嚴(yán)苛，既需要高能量密度與超快充放電速度，也要求長(zhǎng)循環(huán)壽命與低成本優(yōu)勢(shì)。然而商用超級(jí)電容器長(zhǎng)期受限于能量密度偏低的問(wèn)題，難以適配這類高功率需求場(chǎng)景的應(yīng)用。

近日，廈門大學(xué)材料學(xué)院彭?xiàng)澚?、魏湫龍團(tuán)隊(duì)在《自然?通訊》發(fā)表的重磅研究成果，憑借創(chuàng)新的儲(chǔ)能機(jī)制攻克了雙電層電容儲(chǔ)能的核心瓶頸，為高功率儲(chǔ)能領(lǐng)域帶來(lái)了突破性的解決方案。

商用超級(jí)電容器的能量密度短板，根源在于兩大技術(shù)桎梏：其一，其依靠電極表面雙電層電容機(jī)制儲(chǔ)能的方式，本身存在電荷存儲(chǔ)容量有限的問(wèn)題；其二，為避免電解液分解形成固體電解質(zhì)界面膜導(dǎo)致雙電層電容吸附失效，其工作電壓窗口被大幅限制，進(jìn)一步制約了能量存儲(chǔ)能力。

這兩大問(wèn)題疊加，讓超級(jí)電容器難以滿足電網(wǎng)儲(chǔ)能、AI算力中心等場(chǎng)景對(duì)高功率、規(guī)?；瘍?chǔ)能的需求，成為行業(yè)發(fā)展的長(zhǎng)期卡點(diǎn)。針對(duì)這一難題，廈大研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，從電解液與電極的相互作用機(jī)制入手，找到了全新的技術(shù)突破口。

團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，在鈉基醚類電解液體系中，多孔碳負(fù)極即便在低電壓條件下形成的電解質(zhì)界面膜，也能實(shí)現(xiàn)溶劑化鈉離子與納米孔道的高效適配，讓溶劑化鈉離子順利進(jìn)入微小的納米孔道內(nèi)進(jìn)行雙電層電容吸附。

更關(guān)鍵的是，不斷增大的工作電壓窗口會(huì)驅(qū)動(dòng)溶劑化鈉離子發(fā)生部分脫溶劑化過(guò)程，使其平均溶劑化數(shù)從2.1逐步降至0.6。這一變化讓孔內(nèi)的溶劑化鈉離子能夠更貼近碳材料表面，大幅提升了雙電層電容的電荷存儲(chǔ)容量，實(shí)現(xiàn)了比電容與工作電壓窗口的雙重提升。這一被命名為“電化學(xué)驅(qū)動(dòng)溶劑化結(jié)構(gòu)部分脫溶”的創(chuàng)新機(jī)制，成為突破雙電層電容儲(chǔ)能瓶頸的核心關(guān)鍵。

依托這一創(chuàng)新機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多孔碳負(fù)極展現(xiàn)出遠(yuǎn)超商用產(chǎn)品的性能，比容量達(dá)到508C/g，折合141mAh/g，而當(dāng)前商業(yè)化超級(jí)電容器的電極比容量?jī)H約135C/g，性能提升顯著的同時(shí)，還保留了超級(jí)電容器充放電速率快、壽命長(zhǎng)的固有優(yōu)勢(shì)。

以此為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)組裝了以多孔碳為負(fù)極、磷酸釩鈉為正極的混合鈉離子電容器軟包電芯，其能量密度達(dá)到40Wh/kg，較當(dāng)前商用超級(jí)電容器提升4倍，更實(shí)現(xiàn)了70秒超快充電、30000圈穩(wěn)定循環(huán)的優(yōu)異性能。相較于市場(chǎng)上現(xiàn)有的鋰離子電容器，這款鈉離子電容器無(wú)需復(fù)雜的預(yù)處理步驟，工藝更簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本更低，完美契合快速充放電、長(zhǎng)壽命的高功率儲(chǔ)能場(chǎng)景需求。

這一研究成果的誕生，是多方科研力量協(xié)同攻關(guān)的結(jié)果，工作在魏湫龍副教授、彭?xiàng)澚航淌诤痛筮B化物所鐘貴明副研究員的指導(dǎo)下完成，由廈大三位青年學(xué)子擔(dān)任共同第一作者，同時(shí)得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金及多家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持，體現(xiàn)了我國(guó)在儲(chǔ)能材料領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的深厚實(shí)力。

從行業(yè)價(jià)值來(lái)看，該成果不僅突破了雙電層電容儲(chǔ)能的技術(shù)瓶頸，更讓鈉離子電容器在高功率儲(chǔ)能領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用成為可能。鈉離子本身具備資源豐富、分布廣泛的優(yōu)勢(shì)，搭配此次研發(fā)的創(chuàng)新儲(chǔ)能機(jī)制，讓相關(guān)產(chǎn)品在成本與性能上形成雙重競(jìng)爭(zhēng)力，既適配AI計(jì)算中心對(duì)供電穩(wěn)定性、超快響應(yīng)的嚴(yán)苛要求，也能滿足規(guī)?；娋W(wǎng)儲(chǔ)能對(duì)長(zhǎng)壽命、低成本的需求。