【儀表網 研發快訊】近日，廈門大學材料學院彭棟梁、魏湫龍團隊在多孔碳材料的雙電層電容儲能機制研究中取得重要進展，相關成果以《通過電化學驅動溶劑化結構在碳納米孔中連續部分脫溶提升雙電層容量》(“Unlocking limited electric double-layer capacity via electrochemically-driven continuous partial desolvations in carbon nanopores”)為題發表在《自然·通訊》(Nature Communications)。
商業化超級電容器較低的能量密度，難以滿足規模化電網儲能等對高功率輸出有嚴格要求的應用場景需求。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機制儲能，電荷容量有限；二是為避免電解液分解形成固體電解質界面(SEI)膜造成的雙電層吸附失效，其工作電壓窗口較窄。
面對這一挑戰，研究團隊發現，在鈉基醚類電解液中，多孔碳負極即便在遠低于傳統碳酸酯電解液分解電壓的條件下工作，形成的SEI保護膜也很“友好”，能讓溶劑化的鈉離子一起進入微小的孔道內進行雙電層吸附。并且在不斷擴展的工作電壓窗口下，電勢驅動著溶劑化鈉離子中的溶劑分子逐步的部分脫落，平均溶劑化數從2.1降至0.6，從而使溶劑化鈉離子更貼近碳材料表面，大幅提升了儲電容量。
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−1的超高比容量，同時保持了超級電容器充放電速率快、壽命長的優點。根據這一結果，研究團隊組裝了多孔碳||磷酸釩鈉的混合鈉離子電容器軟包電芯，具有40 Wh kg−1的能量密度(基于整體電芯的質量)，并可在70秒的快速充放電速率下穩定循環30,000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雜的預處理步驟，工藝更簡單、成本更低，非常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下完成，廈門大學材料學院博士生范思成、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基金(22179113、22479123、22272175和52431009)、福建省自然科學基金(2025J010006)以及表界面化學全國重點實驗室、大連化學物理研究所、遼寧濱海實驗室的支持。
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