储能电池是推动可再生能源普及、实现能源转型和“双碳”目标的关键技术。电池和超级电容器是两类代表性的电化学储能电池器件，因其电化学储能机理不同，有各自的优缺点:电池的能量密度高、自放电率低，但倍率性能相对较差、功率密度较低；而超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、安全性更好等优点，但能量密度较低。为了满足高能量密度下大电流充放电的需求，将电池和超级电容器相结合形成的混合型超级电容器，如锂（锌）离子电容器，综合了电池和超级电容器两者的优点，具有高功率密度，长循环寿命、适中的能量密度等优点，在电网调频、无架空线的有轨电车、自动导引车 (AGV)、智能水电气表等领域中应用前景广阔。

电极材料是决定混合型超级电容器性能的关键。活性炭具有高比表面积、丰富孔道结构、导电性好、化学稳定性好、结构易修饰等特点，是超级电容器常用的电极材料。然而，商用的多孔活性炭在超级电容器实际应用过程中面临着几个问题：一是受限于双电层物理吸附储能机理，其比容量有限；二是多孔结构会降低导电性和材料密度，难以实现高容量与高导电的致密储能；三是活性炭的含氧官能团，在充放电过程中易发生副反应，循环稳定性较差。

上海交通大学材料学院黄富强/林天全老师团队针对上述关键科学问题，从储能机制探索、材料设计合成到器件界面调控层层递进，突破了传统活性炭正极的容量和工作电压的限制，设计了碳基致密储能材料，提升了锌/锂离子电容器的比容量、循环寿命、工作电压等关键性能，为发展高能量密度、高功率密度和长循环寿命的储能器件提供新路径。

研究团队针对多孔碳材料压实密度低、多孔结构与高导电性难以兼得等难题，筛选具有二维共轭结构的共价三嗪框架为前驱体，发展了低温熔盐合成致密多孔碳材料的方法，探明了影响致密碳材料电化学性能的关键因素，揭示了基于H+/Zn²⁺可逆吸脱附的电化学储能微观机制。实验结果表明，获得的碳材料的压实密度达1.1 g cm^-3，优于传统超级电容器碳材料压实密度（0.6 g cm^-3）。基于上述致密碳材料，研制了高体积比容量的水系锌碳超级电容器，在~0.1 A cm^-3电流密度下体积比容量达176 mAh cm^-3，优于同类锌碳电容器的文献报道。

为了进一步提升上述混合型锌碳电容器整体的循环寿命，研究团队围绕水系锌离子电容器面临的锌负极枝晶生长和腐蚀等问题，提出了电解液分子“结构功能区”设计理念，筛选出双功能分子维生素B₆，通过“锚定区”和“溶剂化区”分别实现负极与电解液界面的稳定重构、界面物种分布调节和脱溶动力学优化，协同增强锌负极在高放电深度和大倍率下的耐受性。基于该设计理念优化的混合型锌碳电容器获得20万圈（>8个月）的超长循环寿命。这项工作揭示了电解液分子“结构功能区”设计的可行性，为电极与电解质界面的高效稳定设计提供了新思路。

上述研究结果发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202424255、J. Mater. Chem. A 2024, 12, 8254，材料学院博士研究生徐阳为论文的第一作者，张世从、黄富强、林天全等老师为论文通讯作者。