厦大团队突破双电层电容储能瓶颈

电子发烧友网综合报道，在全球能源转型加速推进、数字经济蓬勃发展的背景下，规模化电网储能、AI计算中心等高功率场景对储能技术的要求愈发严苛，既需要高能量密度与超快充放电速度，也要求长循环寿命与低成本优势。然而商用超级电容器长期受限于能量密度偏低的问题，难以适配这类高功率需求场景的应用。

近日，厦门大学材料学院彭栋梁、魏湫龙团队在《自然・通讯》发表的重磅研究成果，凭借创新的储能机制攻克了双电层电容储能的核心瓶颈，为高功率储能领域带来了突破性的解决方案。

商用超级电容器的能量密度短板，根源在于两大技术桎梏：其一，其依靠电极表面双电层电容机制储能的方式，本身存在电荷存储容量有限的问题；其二，为避免电解液分解形成固体电解质界面膜导致双电层电容吸附失效，其工作电压窗口被大幅限制，进一步制约了能量存储能力。

这两大问题叠加，让超级电容器难以满足电网储能、AI算力中心等场景对高功率、规模化储能的需求，成为行业发展的长期卡点。针对这一难题，厦大研究团队另辟蹊径，从电解液与电极的相互作用机制入手，找到了全新的技术突破口。

团队研究发现，在钠基醚类电解液体系中，多孔碳负极即便在低电压条件下形成的电解质界面膜，也能实现溶剂化钠离子与纳米孔道的高效适配，让溶剂化钠离子顺利进入微小的纳米孔道内进行双电层电容吸附。

更关键的是，不断增大的工作电压窗口会驱动溶剂化钠离子发生部分脱溶剂化过程，使其平均溶剂化数从2.1逐步降至0.6。这一变化让孔内的溶剂化钠离子能够更贴近碳材料表面，大幅提升了双电层电容的电荷存储容量，实现了比电容与工作电压窗口的双重提升。这一被命名为“电化学驱动溶剂化结构部分脱溶”的创新机制，成为突破双电层电容储能瓶颈的核心关键。

依托这一创新机制，研究团队研发的多孔碳负极展现出远超商用产品的性能，比容量达到508C/g，折合141mAh/g，而当前商业化超级电容器的电极比容量仅约135C/g，性能提升显著的同时，还保留了超级电容器充放电速率快、寿命长的固有优势。

以此为基础，团队组装了以多孔碳为负极、磷酸钒钠为正极的混合钠离子电容器软包电芯，其能量密度达到40Wh/kg，较当前商用超级电容器提升4倍，更实现了70秒超快充电、30000圈稳定循环的优异性能。相较于市场上现有的锂离子电容器，这款钠离子电容器无需复杂的预处理步骤，工艺更简单、生产成本更低，完美契合快速充放电、长寿命的高功率储能场景需求。

这一研究成果的诞生，是多方科研力量协同攻关的结果，工作在魏湫龙副教授、彭栋梁教授和大连化物所钟贵明副研究员的指导下完成，由厦大三位青年学子担任共同第一作者，同时得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金及多家重点实验室的支持，体现了我国在储能材料领域产学研协同创新的深厚实力。

从行业价值来看，该成果不仅突破了双电层电容储能的技术瓶颈，更让钠离子电容器在高功率储能领域的规模化应用成为可能。钠离子本身具备资源丰富、分布广泛的优势，搭配此次研发的创新储能机制，让相关产品在成本与性能上形成双重竞争力，既适配AI计算中心对供电稳定性、超快响应的严苛要求，也能满足规模化电网储能对长寿命、低成本的需求。