【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，能源學(xué)院馮光教授團隊在雙電層系統(tǒng)產(chǎn)熱研究中取得新進展，相關(guān)研究成果以“水誘導(dǎo)電流決定雙電層充電過程中的產(chǎn)熱(Water-induced current determines heat generation during double layer charging)”為題，于2025年10月27日發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。華中科技大學(xué)為唯一單位，第一作者為曾良博士，通訊作者為馮光。
 

雙電層形成過程水分子取向變化產(chǎn)生電流示意圖
 

　　電化學(xué)器件的充放電過程伴隨著雙電層的形成/釋放。由于分子離子的相互作用，這一過程不可避免產(chǎn)生熱量，對電化學(xué)器件的性能、壽命甚至安全性造成影響。因此，理解雙電層系統(tǒng)的產(chǎn)熱機理至關(guān)重要。現(xiàn)有理論表明，雙電層形成過程中的產(chǎn)熱在整個體系均表現(xiàn)為放熱：在電解液體相，電場-電流遵循歐姆定律，產(chǎn)熱歸因于焦耳熱；在正負電極的附近的雙電層區(qū)域，界面電場的增強都會引起同方向的離子電流，從而導(dǎo)致放熱。然而，量熱實驗卻發(fā)現(xiàn)：正極附近雙電層表現(xiàn)為放熱，負極附近雙電層為吸熱——與現(xiàn)有理論相矛盾——表明雙電層系統(tǒng)快充過程的產(chǎn)熱機理亟需深入研究。
 

　　針對上述問題，馮光教授團隊采用恒電勢分子動力學(xué)模擬，系統(tǒng)探究了雙電層系統(tǒng)的充放電過程與產(chǎn)熱機理。與現(xiàn)有理論相反，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在電解液體相，電場-電流關(guān)系偏離歐姆定律從而導(dǎo)致非焦耳熱行為；在雙電層，過去被認為主導(dǎo)作用的離子對產(chǎn)熱貢獻甚微。通過修正產(chǎn)熱動力學(xué)以及發(fā)展偶極子轉(zhuǎn)動模型，揭示出中性的水分子取向變化誘導(dǎo)的電流主導(dǎo)了雙電層系統(tǒng)在電解液體相以及雙電層的產(chǎn)熱。該工作對理解電化學(xué)器件在實際工況充放電過程中的產(chǎn)熱行為具有指導(dǎo)意義。