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東南網(wǎng)2月6日訊（福建日?qǐng)?bào)記者 李珂） 記者從廈門大學(xué)獲悉，近日，廈大材料學(xué)院彭?xiàng)澚?、魏湫龍團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》（Nature Communications）發(fā)表重磅研究成果，通過創(chuàng)新“電化學(xué)驅(qū)動(dòng)溶劑化結(jié)構(gòu)部分脫溶”機(jī)制，讓溶劑化鈉離子在多孔碳的納米孔中實(shí)現(xiàn)高效雙電層電容吸附，使多孔碳負(fù)極的比容量達(dá)到508C/g，據(jù)此組裝的混合鈉離子電容器軟包電芯能量密度達(dá)40Wh/kg（較當(dāng)前商用超級(jí)電容器提升4倍），且實(shí)現(xiàn)70秒超快充電、30000圈穩(wěn)定循環(huán)的優(yōu)異性能，為規(guī)?；娋W(wǎng)儲(chǔ)能、AI計(jì)算中心等高功率需求場(chǎng)景提供突破性解決方案。

據(jù)介紹，商用超級(jí)電容器的能量密度較低，難以滿足規(guī)?；娋W(wǎng)儲(chǔ)能等對(duì)高功率輸出有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景需求。其能量密度不足主要受制于兩個(gè)原因：一是超級(jí)電容器依靠電極表面的雙電層電容機(jī)制儲(chǔ)能，電荷存儲(chǔ)容量有限；二是為避免電解液分解形成固體電解質(zhì)界面膜造成的雙電層電容吸附失效，其工作電壓窗口較窄。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，廈大研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在鈉基醚類電解液中，多孔碳負(fù)極即便在低電壓條件下形成的電解質(zhì)界面膜也能讓溶劑化鈉離子一起進(jìn)入微小的納米孔道內(nèi)進(jìn)行雙電層電容吸附，并且不斷增大的工作電壓窗口驅(qū)動(dòng)著溶劑化鈉離子發(fā)生部分脫溶劑化過程，其平均溶劑化數(shù)從2.1逐步降至0.6，從而使孔內(nèi)的溶劑化鈉離子更貼近碳材料表面，大幅提升了雙電層電容電荷存儲(chǔ)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(fù)極獲得了508C/g（即141mAh/g，商業(yè)化超級(jí)電容器的電極比容量約為135C/g）的超高比容量，同時(shí)保持了超級(jí)電容器的充放電速率快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)這一創(chuàng)新機(jī)制，研究團(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，具有40 Wh/kg的能量密度（基于整體電芯的質(zhì)量），并可在70秒的快速充放電速率下穩(wěn)定循環(huán)30000圈以上。相比目前市場(chǎng)上已有的鋰離子電容器，這種鈉離子電容器不需要復(fù)雜的預(yù)處理步驟，工藝更簡(jiǎn)單、成本更低，適合需要快速充放電、長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)能場(chǎng)景。

該研究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，廈門大學(xué)材料學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金等以及廈門大學(xué)表界面化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、大連化學(xué)物理研究所、遼寧濱海實(shí)驗(yàn)室的支持。 

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