1.开年首篇《自然》！浙大团队研制出可快充“热池”；

2.国际首创高电压、无负极的钠硫电池新体系 上海交大孙浩团队Nature发文，为发展新一代大规模储能技术提供全新路径；

3.中性原子量子模拟高温超导电荷-自旋竞争，复旦大学李晓鹏团队合作发现双重超固态新相；

4.同济大学材料科学与工程学院黄佳团队关于有机晶体管感知器件的最新研究成果发表于《自然·通讯》

1.开年首篇《自然》！浙大团队研制出可快充“热池”

电池，是当代生活最离不开的设备之一，那你是否听说过“热池”？热和电都是重要的能量形式，都能被存储和释放。古人用冰窖存冰夏季取用、电热水器的储水箱等都是最朴素的“热池”。

“热池”可以细分为许多种类。其中，“相变热池”利用石蜡、水合盐、糖醇等材料在固态和液态两种状态转换时吸收或释放的“相变潜热”来存储热量。但储存能量多和充放热速度快这一对矛盾始终阻碍着“相变热池”的性能提升。

近期，浙江大学能源工程学院研究员范利武团队与其合作者提出全新的“滑移强化接触熔化”机制，用“全固态复合表面”给相变热池内壁做了个“滑溜溜的改造”，为打破这一难题提供了新的思路。相关工作以《Pulse heating and slip enhance charging of phase-change thermal batteries》为题，于北京时间1月8日发表在《Nature》上。范利武，宁波大学教授叶羽敏及普林斯顿大学博士后胡楠为论文共同通讯作者，浙江大学博士生李梓瑞为第一作者。

储热材料“自滑动、快传热”

“石蜡、水合盐、糖醇在相变时储热密度很高，很小一块就能‘装’下很多热量，但这类储热天赋高的材料导热能力往往很差，充热速度很慢。”范利武介绍，传统提升热池充热速度的方法，要么是往相变材料里掺高导热填料，虽然导热快了，但挤占了存储空间，导致储热能量密度下降；要么靠压力、磁力等外力帮忙，既费电又复杂，系统难以循环运行导致无法大规模应用。

团队另辟蹊径，瞄准了“接触式传热”这个关键。他们给热池内壁做了层超滑处理，让固态的相变材料不粘壁，靠自身重力一直紧贴底部热源，近距离接受不断传来的热量，使“热池”全程保持高传热速率。该方法不依赖特殊的相变材料，只通过优化相变热池内壁环境实现高效传热。

基于边界滑移强化的快充相变热池设计

这一核心思路最终落地为“全固态复合表面”，其由能脉冲加热的薄膜（预热层）与覆盖在薄膜表面的“类液涂层”（滑移界面）组成。加热薄膜通过产生微小热量，使紧贴热池内壁的相变材料形成一层约40微米厚的超薄液膜——这个厚度比一根头发丝还细，却能让固体相变材料瞬间脱离壁面，在壁面上“滑动”；而粗糙度只有不到1纳米的类液涂层，能让液体相变材料在表面形成45-90微米的“滑移长度”，大幅减少滑动时的摩擦阻力。

液体相变材料在类液表面与原始表面上的滑动性能对比

“就像在锅底涂了一层超顺滑的特殊涂层，再用小火快速预热锅底，把一块黄油放上去不仅不粘锅，还能自己滑动着快速熔化。”范利武介绍，除此以外相变材料会在自身重力作用下持续下沉，把熔化产生的液膜压得更薄，全程紧贴加热表面高效传热。

跨界合作促成“快充”创意

该技术最核心的优势，是实现了“快充”与“高储”的双赢。

在测试“快充”效果时，若使用普通有机相变材料，热池的功率密度达到850 kW/m3（代表充热速度），能量密度保持31 kWh/m3（代表储热能力）；如果与导热增强的复合相变材料结合，功率密度更是飙升至1100 kW/m3，能量密度仍有27 kWh/m3，没有因追求速度而牺牲储热量。

这项成果从能源（工程热物理）学科最基础原理出发，集结了校内外多学科交叉优势。宁波大学叶羽敏团队的超滑涂层技术、普林斯顿大学胡楠所在团队的微流体建模技术带来关键支撑，形成了强大的科研合力。

范利武团队

“复合表面上的‘类液涂层’就是结合了主要合作者、材料学院校友叶羽敏团队的一项研究成果，我们在一次数小时的长谈中促成了这个创意的落地。胡楠也是我自己培养的博士。”范利武介绍，两位合作研究者都有着在浙江大学学习科研的经历，大家贡献了在各自研究领域的前沿积累，推动合作研究落地见效。

在工业应用层面，该项技术有着巨大潜力。“它可以基于现有储热装备直接改造，并且可以适配多种类、多温区的相变材料，可扩展性强。”李梓瑞介绍，该技术可广泛应用于工业余热回收、太阳能热利用、电力电子热控等领域，能够助力企业节能减碳的同时降低能耗成本，催生绿色生产力。

长期主义培养创新型人才

日常的教学科研中，范利武总是鼓励学生们刨根问底，去探索机制背后的理论根源。

在“滑移”这一创意萌发后，他便鼓励团队建立了考虑侧壁拖曳力的理论模型，通过固液拖曳力测试、滑动性能测试等多种实验反复验证后，他们惊喜地发现当滑移长度与侧壁微液膜厚度处于同一量级时，就可以在熔化过程中显著减小对剩余固体相的拖曳作用，进而能有效触发快速熔化。又经过大量的实验与推导，团队最终“闭环”了研究，在较大规模的密封式相变热池测试装置中展现了良好的“快充”性能。

利用边界滑移强化接触熔化过程

作为论文唯一第一作者，李梓瑞本科阶段就加入了范利武团队。在导师的指导下，他先积累了一定的科研基础，再心无旁骛地全力冲刺具有挑战性的原创难题。“这几年的攻坚中，我们都不确定最后能产生怎么样的成果，但是团队的信任与默契帮助我沉下心攻关难题，投入到科学研究的‘持久战’中。”李梓瑞说。

这种长期主义的积累，培养出了兼具扎实功底、创新思维和灵活应变的研究人才，使“会读书的人”真正成为了“会创造的人”。

未来，团队还计划进一步放大热池规模，深入解析其中的相变传热机理，并解决材料耐久性、循环性等关键工程问题。相关延伸研究已实现有机相变材料上万小时稳定运行，具备了规模化工业应用的潜力。“我们乐见该项技术为全球能源可持续发展注入新动能，向世界展示中国在热储能领域的科研实力，并为能源领域的基础突破提供信心。”范利武介绍。（来源：浙江大学）

2.国际首创高电压、无负极的钠硫电池新体系 上海交大孙浩团队Nature发文，为发展新一代大规模储能技术提供全新路径

当前锂离子电池面临资源丰度和安全性限制，如何开发资源丰富、运行安全、储能高效的电池新体系是全世界面临的重大挑战。上海交大科研团队的最新成果给出了一个解决方案。

北京时间2026年1月8日零时，上海交通大学变革性分子前沿科学中心孙浩副教授团队在《自然》（Nature）在线发表题为“High-voltage anode-free sodium-sulfur batteries”的研究论文。这项研究将传统碱金属-硫电池体系的S0/S2−低价态反应路径变革为S0/S4+的高价态反应路径，在国际上首创高电压、无负极的钠硫电池新体系，有效突破了放电电压和安全性方面的限制，为发展新一代大规模储能技术提供了全新路径。

室温钠硫电池具有高元素丰度和低成本优势，是大规模储能技术的重要候选路线。然而基于单质硫到硫化钠的低价态反应路径（S0/S2−）使电池的放电电压普遍低于1.6 V，远低于传统锂/钠离子电池。同时，该低价态反应导致负极需要过量使用化学性质活泼的金属钠，为电池制备及运行带来严重安全隐患。

针对上述挑战，孙浩团队提出基于高价态硫反应路径（S0/S4+）的高电压、无负极的钠硫电池体系（图1）。基于S/SCl4的高价态可逆反应（理论容量为3350 mAh/g），使该电池放电电压大幅提升至3.6 V，并能充电时在负极原位生成钠金属，从而在电池制备过程中不使用钠金属，从而显著提升了电池安全性和成本效益。

图1. 基于高价态硫氧化还原反应的高电压、无负极钠硫电池

通过系列先进表征技术结合理论计算分析，团队揭示了S0/S4+高价态氧化还原反应机制。通过优选含二氰胺钠（NaDCA）的氯铝酸盐电解液，从分子尺度上破解了高价硫转化反应能垒高、可逆性差的难题。在负极侧，NaDCA能够在负极诱导形成富含氮元素的固体电解质中间相（如NaCN和Na3N），该独特界面钝化层使钠金属可逆沉积/剥离的最大电流密度达到50 mA/cm2，并在12 mAh/cm2的高面容量条件下稳定循环，为构建无负极电池奠定了关键基础。

图2. 电池的电化学性能及应用验证

研究团队进一步通过聚合物材料的化学结构设计，合成出能够高效催化硫单质高价态转化的铋/共价有机框架材料，显著提升了硫正极的充放电深度和反应动力学，正极比容量最高可达1206 mAh/g（图2a），基于正负极总质量计算的能量密度达到2021 Wh/kg。高价态正极反应及无负极结构赋予该电池体系优异的应用潜力，其可在–40 °C至80 °C的超宽温域内稳定运行（图2b），在搁置400天后仍能正常工作（图2c），预估材料成本与传统钠电池相比具有优势（图2d）。为了进一步验证该电池体系的可拓展性，团队成功制备出安时级电池（图2e）及柔性纤维状电池（图2f），并系统验证了其在点燃、弯曲、切割等系列实际应用场景下的安全性（图2g），展示出多场景应用潜力。团队也将钠硫电池拓展至高电压、无负极锂硫电池体系（图2h），初步验证了高价态硫转化反应路径的普适性。

该工作实现了钠硫电池反应从“低价态还原”到“高价态氧化”的路线创新，推动了电池结构从“过量钠金属”向“无负极结构”的重要跨越。不仅突破了长期制约碱金属-硫电池体系发展关键性能局限，更为构建低成本、可持续、高性能的新型储能体系提供了理论依据与技术支撑，有望在大规模储能、低空经济、人工智能、国防军事等重大需求领域发挥关键作用，为实现国家能源转型与“双碳”目标提供关键支撑。

上海交通大学变革性分子前沿科学中心孙浩副教授和复旦大学彭慧胜院士为论文通讯作者。变革性分子前沿科学中心博士生耿世涛和袁斌（已毕业）为论文第一作者。该工作得到了国家自然科学基金项目（22575145、22209108、T2321003和22335003）、科技部国家重点研发计划项目（2022YFA1203001 和 2022YFA1203002）、教育部中央高校基本科研业务费专项资金（24X010301678）以及化学生物协同物质创制全国重点实验室（sklscbs202557）的资助。同时感谢化学化工学院、张江高等研究院的大力支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09867-2

图3. 孙浩团队合影

（来源：上海交通大学）

3.中性原子量子模拟高温超导电荷-自旋竞争，复旦大学李晓鹏团队合作发现双重超固态新相

理解掺杂莫特绝缘体是揭示高温超导微观物理机制的核心研究任务。近日，李晓鹏团队与戚扬（复旦）教授、严正（西湖大学）研究员开展合作，基于里德堡中性原子量子模拟平台，在玻色型 t-J-V 模型中发现了一种此前未知的“双重超固态”量子物态，为理解高温超导相关的电荷–自旋竞争机制提供了全新视角。

相关研究成果以“Double Supersolid Phase in a Bosonic t-J-V Model with Rydberg Atoms”为题，发表在物理学顶刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett.）上。

在强关联体系中，载流子（空穴）的运动与自旋涨落之间的竞争往往主导低能物理图像；其中，t-J 模型被普遍认为是刻画这一竞争机制的经典有效模型。近年来，基于中性原子的量子模拟技术——特别是里德堡原子光镊阵列——取得了革命性进展。复旦大学目前建成了两套原子阵列实验平台，包括铷原子系统和铯原子系统。该平台凭借单原子级别的操控能力和可编程的长程相互作用，为在微观层面模拟高温超导机制、强关联量子体系等复杂量子现象提供了全新的实验途径。进一步的实验探索亟需系统揭示：在强相互作用及长程耦合等参数条件下，原子阵列系统如何涌现超越传统理论框架的新奇量子物态。同时，实验实现具备量子计算优势的量子模拟，也需要发展高效的计算方法进行定量比较与验证。

围绕这一前沿问题，李晓鹏团队与复旦大学教授戚扬、西湖大学研究员严正开展合作，针对中性原子阵列可以实现的玻色型 t-J-V 模型，发展了高效的量子蒙特卡洛方法，实现了对 40×40 原子阵列体系的高精度数值仿真计算。研究发现铷原子的里德堡激发态|78S1/2,mJ=-1/2⟩, |79,mJ=-1/2⟩, |78P3/2,mJ=-1/2⟩ ，可以实现强空穴排斥型t-J-V模型的量子模拟。在强空穴排斥(V)下，体系可稳定形成一种全新的量子物态——“双重超固态”（Double Supersolid, DSS）。该物态展现了独特的对称性破缺结构：系统不仅自发破缺晶格平移对称性形成晶体序，还同时破缺了两个独立的 U(1) 对称性，表现为空穴超流与自旋超流的共存。

该发现的关键意义在于：它清晰揭示了里德堡中性原子体系中长程隧穿过程与强相互作用之间的协同作用，从而在更大参数范围内稳定由多种序相互竞争共存的复杂量子态。这一稳定机制与高温超导中条纹相等现象背后的“电荷—自旋竞争”相呼应，也揭示了中性原子量子模拟平台在强关联物理研究中的应用潜力：通过对相互作用与动力学过程的可编程精确调控，能够在高度可控的实验环境中拆解并重构固体材料中难以独立辨析的微观机制，为理解超导与磁性的复杂纠缠提供新的研究视角，并为相关理论图景提供可直接检验的实验平台。

复旦大学物理学系博士研究生陈旷杰为论文第一作者，西湖大学严正研究员和复旦大学李晓鹏教授为共同通讯作者。复旦大学物理学系戚扬教授对该工作亦有重要贡献。该研究工作得到了上海市科委战略前沿专项、上海基础研究特区计划、“量子通信与量子计算机”国家科技重大项目、国家重点研发计划以及国家自然科学基金等的大力支持与资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/fg7f-zvtt

（来源：复旦大学）

4.同济大学材料科学与工程学院黄佳团队关于有机晶体管感知器件的最新研究成果发表于《自然·通讯》

近日，同济大学材料科学与工程学院黄佳教授团队在有机晶体管感知器件领域取得进展，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了团队题为“Near-infrared organic photoelectrochemical synaptic transistors by wafer-scale photolithography for neuromorphic visual system”的研究论文。

光电突触器件在推动类脑人工智能和类视觉系统发展中发挥着关键作用。近年来，基于有机场效应晶体管的光电突触器件备受关注，但也面临多方面的挑战，例如其编程非线性度大、存储状态有限、响应波长范围受限（通常局限于紫外或可见光波段）。此外，由于有机半导体薄膜与传统光刻制备技术的不兼容，导致有机光电突触晶体管的晶圆级阵列化制备也是领域难题。

针对上述系列难题，研究团队通过异质结和离子掺杂设计，利用改进的光刻技术实现了晶圆级近红外有机光电化学晶体管的阵列化制备，并探究了其在类视觉感知中的应用。所制备的阵列器件展现出优异的均一性和近红外光感知特性，并在宽电导范围（47.3）内实现了超低非线性编程特性（-0.015）。此外，通过集成LED阵列和放大电路，构建了近红外视觉系统，实现了近红外图案的识别、记忆和可视化功能。进一步构建卷积计算系统，实现了对噪音手写数字的识别，展示了该研究在神经形态视觉感知系统领域的应用潜力。

同济大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位，学院博士生刘旭为论文第一作者。该研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66891-6

（来源：同济大学）