厦理工团队破解储能电池“厚电极”难题

相关研究成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）（厦门理工学院供图）

东南网4月20日讯（本网记者 李霖 通讯员 何贻婷）近日，厦门理工学院材料学院“新能源技术开发及应用”团队在储能电池厚电极制造领域取得重要突破，相关研究成果发表于国际顶级学术期刊《先进材料》（Advanced Materials）。论文题为《Mechanical-Thermal Decoupling Engineering Unlocks Ultra-Stable Dry Thick Iodine Cathodes for Ah-Level Zinc-Based Pouch Cells》。该研究获得国家自然科学基金、福建省自然科学基金及厦门理工学院高层次人才启动经费等多个项目支持。

破解厚电极“卡脖子”难题

厚电极技术是提升储能电池能量密度的关键路径，但其制备过程中长期存在动力学缓慢、循环寿命短等问题，制约了相关电池技术的实际应用。

厦门理工学院团队首次揭示了传统干法电极加工中“机械力”与“热效应”耦合损伤电极结构的失效机制。研究发现，在传统连续高剪切加工条件下，不受控制的机械应力与摩擦热相互耦合，会破坏碳载体的精密孔道结构，并引发碘活性物质的异常迁移与流失——这正是电极性能衰退的根本原因。

“就像盖楼，楼越高，对结构和材料的要求就越苛刻。”厦门理工学院材料学院副教授罗浩形象地解释道。这一发现打破了行业内长期存在的“干法工艺无碘损失”的传统认知，为后续研究指明了更精细的调控方向。

创新“脉冲”工艺实现精准拆解

如何破解“力”与“热”的耦合破坏？团队创新性地提出“机械-热解耦工程”思路，并成功开发出“水冷辅助脉冲剪切”新工艺。

“就像用精准的‘点穴’代替持续的‘重拳’。”据该项目负责人介绍，该工艺通过水冷控制和间歇式能量输入，将加工能量精准控制在两个关键阈值之间：既低于破坏碳载体和导致碘脱附的损伤阈值，又保持在粘结剂纤维化所需的有效窗口内。

这一策略如同为加工过程安装了“智能开关”，从根本上抑制了碘活性物质的流失，成功构筑出具有均匀、稳定三维导电网络的高性能厚碘电极。

为高能量密度电池应用铺路

实验数据表明，采用新工艺制备的厚电极，在安时（Ah）级别的软包电池中展现出卓越的电化学性能与循环稳定性，为该类电池的实际应用奠定了重要基础。

据介绍，《先进材料》是Wiley出版社旗下材料科学领域的国际权威期刊，最新影响因子为26.8，属于中科院一区TOP期刊。该期刊主要收录具有重大创新性和高影响力的突破性成果。

厦门理工学院材料学院硕士研究生郭恒瑞为论文第一作者，罗浩与路密为共同通讯作者，厦门理工学院材料学院为第一署名单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金及学校高层次人才启动经费等项目的资助。