传统锂电池能“装得多”但“放得慢”，超级电容器能“放得快”但“装得少”。这个看似无解的难题，如今被中国科学家成功攻克！

　　8月26日，2025年度上海市技术发明奖一等奖正式揭晓。由中国科学院上海硅酸盐研究所、上海交通大学等单位联合完成的 “面向高功率储能应用的双高混合型器件关键技术” 项目脱颖而出，成功突破了能量密度>100Wh／kg且功率密度>100kW／kg的 “双百”目标 ，为全球储能领域提供了中国方案。

　　储能技术的“鱼与熊掌”困局

　　在电化学储能领域，能量密度与功率密度如同“鱼与熊掌”，难以兼得。这一矛盾源于热力学与动力学的固有冲突：锂离子电池虽能实现300Wh／kg以上的能量密度，但受限于离子扩散速率，功率密度长期低于1kW／kg；超级电容器功率密度可达20kW／kg以上，但能量密度却不足20Wh／kg

　　这种矛盾在单一材料体系中几乎无法调和。前者要求材料具备稳定的晶体结构以存储更多电荷，后者则需要快速的电子／离子传输通道以实现瞬时功率输出。

　　美日韩等储能技术先进国家曾通过优化电极结构、改良电解液等路径尝试突破，但始终未能跨越 “双百”技术门槛 。国际学术界曾断言，若无法从材料构效关系的底层结构设计取得根本性创新，这一难题将长期制约高功率储能技术的发展。

　　面对这一世界级难题，项目第一完成人、中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强教授带领联合团队从基础理论到材料制备再到器件设计，实现了全链条创新。

　　团队提出融合“锂电＋超电”优点的 “体表协同储能”新机制 ，创新性地建立了 “双结构功能区＋堆积致密因子” 结构设计理论模型。

　　该理论在电极材料中同时构建 “体相储能功能区” 与 “表层功率功能区” ，前者负责稳定存储电荷，后者实现快速电荷传输，从而在材料层面解决了“储得多”与“放得快”的矛盾。

　　理论突破后，团队面临更艰巨的挑战——如何在工程上实现这种复合结构？传统制备工艺无法在同一材料中实现“高温结晶”与“低温掺杂”的兼容，两者在热力学上相互排斥。

　　研究团队创造性地发明了 “多时空拓扑许可” 制备新技术。他们将热力学禁阻的 “同时空”单步反应 ，拆解为热力学许可的 “多时空”分步反应 ，通过精准调控反应时间与空间，使原本相互排斥的化学反应在时间序列上依次发生。

　　这一“时空魔法”成功实现了亚稳相材料的可控量产，让原本“水火不容”的两种工艺和谐共存，在材料中形成理想的“体相－表层”复合结构。

　　在器件设计上，团队“反其道而行”，摒弃了行业普遍采用的对称式结构设计，制定了非对称原创电极复配方案。正极构建“体相化学储能区”，负责存储大量能量，为器件提供坚实的能量基底；负极构建“表层物理储能区”，实现快速电荷“吞吐”，确保器件的高功率输出能力。

　　而为了解决复配电极的界面阻抗问题，团队还发明了三维石墨烯管集流体，通过管间共价键合形成类金刚石结构，将内阻降至0．1mΩ，比传统多孔碳材料性能高出两个数量级。这种“电子高速公路”不仅能快速收集电荷，更能承受千安培级的超大电流冲击。

　　应用场景：从特种装备到电网调频

　　这一突破性技术为多个重要领域提供了创新解决方案。

　　在航空航天探测、高技术装备等领域，“毫秒级快响应＋超大电流强输出” 是刚需。传统储能器件难以同时满足瞬时高功率和持久高能量的双重需求。双高混合型器件以其独特的性能优势，为这些极端场景提供了重要动力核心。

　　在电网调频领域，“兆瓦级高功率＋分钟级高能量输出” 是核心要求。双高混合型器件能够同时满足电网调频对高功率和高能量的双重需求，为构建新型电力系统提供了关键技术支撑。

　　目前，通过产学研用接续攻关，团队已研发出能量>100Wh／kg且功率>100kW／kg的 “双百”超高效能器件与电源 ，性能指标达到国际领先水平。

　　本次获奖项目只是上海布局新型储能产业的一个缩影。根据今年初发布的《上海市新型储能示范引领创新发展工作方案（2025－2030）》，上海正积极推进 “一中心一平台一电站” 市级新型储能测试基地建设。

　　据了解，位于上海交通大学智慧能源创新学院的新型储能科研测试中心已投入运行。该中心占地2500平方米的能源广场，汇聚了全球最新储能技术，构成 “光储直柔” 综合系统。

　　更值得关注的是，上海已制定明确目标，到2026年，建立新型储能核心技术装备产业链，打造2个新型储能产业园，培育10家以上具产业带动效应的优质企业，应用规模80万千瓦以上，到2030年应用规模超过200万千瓦。

　　随着后续这项技术走向产业化，一个“装得多又放得快”的储能新时代正在加速到来！我们拭目以待。