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仪表网 研发快讯】近日，厦门大学材料学院彭栋梁、魏湫龙团队在多孔碳材料的双电层电容储能机制研究中取得重要进展，相关成果以《通过电化学驱动溶剂化结构在碳纳米孔中连续部分脱溶提升双电层容量》(“Unlocking limited electric double-layer capacity via electrochemically-driven continuous partial desolvations in carbon nanopores”)为题发表在《自然·通讯》(Nature Communications)。
商业化超级
电容器较低的能量密度，难以满足规模化电网储能等对高功率输出有严格要求的应用场景需求。其能量密度不足主要受制于两个原因：一是超级电容器依靠电极表面的双电层机制储能，电荷容量有限；二是为避免电解液分解形成固体电解质界面(SEI)膜造成的双电层吸附失效，其工作电压窗口较窄。
面对这一挑战，研究团队发现，在钠基醚类电解液中，多孔碳负极即便在远低于传统碳酸酯电解液分解电压的条件下工作，形成的SEI保护膜也很“友好”，能让溶剂化的钠离子一起进入微小的孔道内进行双电层吸附。并且在不断扩展的工作电压窗口下，电势驱动着溶剂化钠离子中的溶剂分子逐步的部分脱落，平均溶剂化数从2.1降至0.6，从而使溶剂化钠离子更贴近碳材料表面，大幅提升了储电容量。
因此，在比电容与工作电压窗口的“双重提升”下，多孔碳负极获得了508C g−1的超高比容量，同时保持了超级电容器充放电速率快、寿命长的优点。根据这一结果，研究团队组装了多孔碳||磷酸钒钠的混合钠离子电容器软包电芯，具有40 Wh kg−1的能量密度(基于整体电芯的质量)，并可在70秒的快速充放电速率下稳定循环30,000圈以上。相比目前市场上已有的锂离子电容器，这种钠离子电容器不需要复杂的预处理步骤，工艺更简单、成本更低，非常适合需要快速充放电、长寿命的储能场景。
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指导下完成，厦门大学材料学院博士生范思成、博士生燕泽锐和硕士生王彬豪为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金(22179113、22479123、22272175和52431009)、福建省自然科学基金(2025J010006)以及表界面化学全国重点实验室、大连化学物理研究所、辽宁滨海实验室的支持。
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