厦大团队突破双电层电容储能瓶颈，助力高功率储能场景升级

厦大团队突破双电层电容储能瓶颈，助力高功率储能场景升级

当前，全球能源转型进程持续加快，数字经济蓬勃发展，规模化电网储能、AI计算中心等各类高功率场景，对储能技术的综合性能提出了更为严苛的要求——既要具备高能量密度与超快速充放电能力，也要兼顾长循环使用寿命与低成本优势。然而，目前商用超级电容器普遍存在能量密度偏低的短板，难以适配这类高功率场景的实际应用需求，成为制约行业发展的关键瓶颈。

近日，厦门大学材料学院彭栋梁、魏湫龙团队在国际顶级期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上发表重磅研究成果，通过创新储能机制，成功攻克双电层电容储能的核心技术难题，为高功率储能领域提供了突破性的解决方案，有望推动相关场景储能技术的迭代升级。

商用超级电容器能量密度不足的问题，根源在于两大核心技术桎梏。一方面，其储能依赖电极表面的双电层电容机制，这种储能方式本身存在电荷存储容量有限的先天不足；另一方面，为防止电解液分解形成固体电解质界面（SEI）膜，导致双电层电容吸附失效，其工作电压窗口被大幅压缩，进一步限制了能量存储能力的提升，这两大问题叠加，让超级电容器难以满足高功率、规模化储能的实际需求，长期阻碍行业发展步伐。

针对这一行业痛点，厦门大学研究团队跳出传统研究思路，另辟蹊径，将研究重点聚焦于电解液与电极的相互作用机制，最终找到了全新的技术突破方向，成功破解了长期困扰行业的技术卡点。

团队经过反复试验研究发现，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，也不会阻碍溶剂化钠离子的传输，反而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，完成双电层电容吸附过程，这一发现打破了行业内的传统认知。

更为关键的是，随着工作电压窗口的不断扩大，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。这一变化显著缩短了溶剂化钠离子与碳材料表面的距离，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。研究团队将这一创新机制命名为“电化学驱动溶剂化结构部分脱溶”，这也是突破双电层电容储能瓶颈的核心关键所在。

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现有商用产品的优异性能，其比容量达到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，在性能实现大幅提升的同时，还完整保留了超级电容器充放电速率快、循环寿命长的固有优势，实现了“高效储能+稳定耐用”的双重目标。

在此基础上，团队进一步组装了混合钠离子电容器软包电芯，该电芯以多孔碳为负极、磷酸钒钠为正极，综合性能表现突出。其能量密度达到40Wh/kg，较当前商用超级电容器提升4倍，同时实现了70秒超快充电、30000圈稳定循环的优异性能。与市场上现有的锂离子电容器相比，这款钠离子电容器无需复杂的预处理步骤，生产工艺更为简单，生产成本大幅降低，能够完美契合高功率储能场景对快速充放电、长寿命、低成本的核心需求。

这一重要研究成果的诞生，离不开多方科研力量的协同攻关。该研究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共同指导下完成，厦门大学材料学院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，充分体现了我国在储能材料领域产学研协同创新的深厚实力与鲜明优势。

从行业发展价值来看，该研究成果不仅成功突破了双电层电容储能的技术瓶颈，更推动钠离子电容器在高功率储能领域的规模化应用从理论走向现实。钠离子本身具有资源丰富、分布广泛的天然优势，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，既能适配AI计算中心对供电稳定性、超快响应速度的严苛要求，也能满足规模化电网储能对长寿命、低成本的核心需求，为我国储能产业转型升级提供了新路径，助力我国在全球储能技术竞争中占据主动地位。