研究为高性能混合电化学电容设计提供了新的思路

近日，大连理工大学教授胡方圆团队在混合电化学电容器正负高效匹配研究方面取得新进展。针对混合电化学电容器正负匹配理性设计中的电化学藕合问题，基于正负电势的自匹配效应，团队提出了结合电化学耦合效应解耦正负电力匹配的新方法。相关成果发表在《先进材料》中。

混合电化学电容器结合了二次电池和电化学电容器的电荷存储机制，兼顾了高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点。这种复合储能特性在智能能源调频调峰、工业储能系统等大功率需求场景中表现出显著的技术优势，是构建新型电力系统、促进储能产业升级的重要技术之一。但混合电化学电容器的性能主要取决于正负电化学性能和正负电荷存储动力学的合理匹配。然而，传统的电化学检测只在正负匹配的情况下表现出综合性能，混合电化学电容器件和恒定电力

在本研究中，团队以钠离子电容器为研究模型，结合控制工作电压和工作电势的三个电极测试方法，聚焦正负电势区间的动态演变规律，提出正负电势自匹配效应作为动力匹配和电化学藕合的理论标准。通过对电极之间电化学耦合效应的量化分析，揭示了正负动力匹配度与器件电化学性能的关系，阐明了器件内部的正负电化学藕合和匹配机制。

为了进一步量化和比较不同系统的正负动力学匹配程度，团队提出了临界匹配电流强度的动力学参数，通过将内部负极工作电势区间与外部动力学电流相关联，从而量化了电化学藕合下正负动力学匹配程度。基于试验测定的临界匹配电流强度和理论计算，进一步证明了在快充/释放过程中，匹配电势窗口中的负极电化学行为在器件性能中起主导作用。实验表明，通过优化电极之间的电化学耦合作用，提高了复杂工况下器件的能量密度维持率。

该设备的整体优化措施在处理正负动力学失配问题方面起着重要的指导作用，该研究还为新型高性能混合电化学电容器的理性设计提供了新的思路。