物联网、可穿戴设备、柔性电子和智能城市（传感器、致动器、通信设备、数据分析引擎等互联）的快速发展对于高功率储能电池的需求日益增长。然而，碱金属离子电池在超高倍率下的长循环稳定性和电池容量较差，其中如何构建微纳结构实现活性位点丰富、结构稳定的负极是一个重要挑战。
鉴于此，课题组从自然界精巧的结构中汲取灵感，设计了一种双重仿生（珊瑚虫和脊柱）梯度层级电极结构。珊瑚虫喜欢生活在高速水流处，可以快速的捕获浮游生物，同时层状共肉可以进行快速的养分输送；该生物学行为与电池高倍率下的离子吸附、转化和运输相似。此外，哺乳动物的脊柱由连续的柔性韧带和独立的刚性椎体组成刚柔结构，可在各种身体运动状态下支撑躯干并具有灵活性，为设计增强机械特性的空间架构提供了灵感。基于以上设想，课题组通过静电力诱导和化学焊接，将纳米级单层的凹陷空心球介孔碳（代表珊瑚虫或脊柱的刚性椎体）可控地共组装到微米级高导电的二维MXene（代表珊瑚虫的层状共肉和脊柱的柔性韧带）上，形成类珊瑚虫和脊柱的刚柔微纳结构（称为SCMX）。
作为概念验证，对该SCMX架构在超高倍率下的储钠性能进行了评估，在80 A g−1的超高电流密度下，循环10000次后仍保持了287.7 mAh g−1的高可逆容量；对应的钠离子混合电容器在35878 W kg−1的高功率密度下，仍有50.68 Wh kg−1的能量密度，显示了该结构在未来的高功率设备中具有广阔的应用前景（例如可穿戴物联网设备、公共运输工具等）。
该项工作以“Coral Polyp and Spine Dual-Inspired Gradient Hierarchical Architecture for Ultrahigh-Rate and Long-Life Sodium Storage”为题发表在期刊Advanced Functional Materials上。论文第一单位为福建师范大学，我校博士研究生王禛和刘洋教授为共同第一作者，刘洋教授、赵毅教授和黄维院士为本文共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金和福建省自然科学基金等项目资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202402178