【儀表網 研發快訊】近日，能源學院馮光教授團隊在雙電層系統產熱研究中取得新進展，相關研究成果以“水誘導電流決定雙電層充電過程中的產熱(Water-induced current determines heat generation during double layer charging)”為題，于2025年10月27日發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。華中科技大學為唯一單位，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生電流示意圖
電化學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生熱量，對電化學器件的性能、壽命甚至安全性造成影響。因此，理解雙電層系統的產熱機理至關重要。現有理論表明，雙電層形成過程中的產熱在整個體系均表現為放熱：在電解液體相，電場-電流遵循歐姆定律，產熱歸因于焦耳熱；在正負電極的附近的雙電層區域，界面電場的增強都會引起同方向的離子電流，從而導致放熱。然而，量熱實驗卻發現：正極附近雙電層表現為放熱，負極附近雙電層為吸熱——與現有理論相矛盾——表明雙電層系統快充過程的產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模擬，系統探究了雙電層系統的充放電過程與產熱機理。與現有理論相反，結果發現在電解液體相，電場-電流關系偏離歐姆定律從而導致非焦耳熱行為；在雙電層，過去被認為主導作用的離子對產熱貢獻甚微。通過修正產熱動力學以及發展偶極子轉動模型，揭示出中性的水分子取向變化誘導的電流主導了雙電層系統在電解液體相以及雙電層的產熱。該工作對理解電化學器件在實際工況充放電過程中的產熱行為具有指導意義。
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