未來的電動汽車、無人機、機器人，能否不再把電池當作“額外負擔”，而是讓機身、車身、骨架本身就具備儲能能力？

當下新能源汽車、航空飛行器、智能機器人等輕量化裝備快速發展，行業一直存在難以調和的技術矛盾：傳統結構件與儲能器件相互獨立，很難同時滿足高結構強度、高能量密度、高功率輸出三大核心需求。在此背景下，承載儲能一體化復合材料成為全球前沿研發賽道，核心思路是打通結構承重與電能存儲的邊界，讓單一材料同時承擔受力、儲能雙重功能。

碳纖維憑借優異力學性能，是輕量化構件主流增強基材，同時具備作為電極的應用潛力。

已有結構超級電容器雖然功率輸出較快，但能量密度有限；結構電池雖然具備更高能量潛力，卻常面臨功率密度低、碳纖維不可逆容量損失、界面阻抗增大、結構強度下降等問題。

碳纖維在結構儲能復合材料的總質量中占有重要比例，其本征鋰離子存儲能力卻尚未被充分利用。

創新材料體系 + 一體化成型工藝，打造薄壁多功能儲能構件

針對現有技術痛點，研發出全新結構鋰離子電容器復合體系，并配套一套完整一體化制備工藝，流程分為四大核心步驟：碳纖維電化學嵌鋰改性、多層材料疊合排布、復合電解質浸潤、高溫加壓一體固化成型。

工藝先通過電化學調控方式改性碳纖維，使其轉變為可穩定可逆儲鋰的低電位負極；再將改性碳纖維負極、專用隔膜、碳纖維基正極分層堆疊，注入復合電解質前驅液，熱壓固化后直接成型超薄一體化構件。

該材料采用混合儲能機制：依托碳纖維負極鋰嵌入脫嵌反應實現高儲能，依靠碳纖維正極離子快速吸附實現大功率放電，融合電池與電容器雙重優勢。該方案一方面改善碳纖維首次充放電不可逆容量損耗問題，另一方面摒棄傳統結構電池厚重活性涂層，避免涂層損害構件力學性能，為輕量化薄壁儲能承重組件提供全新制造路徑。

揭示機理：嵌鋰碳纖維兼具可逆儲能與高效承載

進一步通過電化學測試、飛行時間二次離子質譜、分子動力學模擬和原位X射線微納CT/DVC分析，系統揭示了碳纖維中鋰離子的分布、遷移和力學響應機理。研究發現，完全嵌鋰后的碳纖維中存在一部分與碳骨架相互作用較弱的鋰離子，這部分鋰有利于可逆脫嵌，并且對纖維結構擾動較小；而深度束縛的殘余鋰離子則可維持富鋰界面環境，促進后續鋰離子交換。阻抗測試表明，首次嵌鋰/脫鋰過程中SEI阻抗逐漸降低并穩定，說明界面在調控過程中形成了相對穩定的電化學狀態。

在力學方面，原位四維數字體相關分析顯示，嵌鋰碳纖維層在加載過程中承擔主要載荷，并保持較為均勻的應變演化；相比傳統對稱活性炭涂覆碳纖維結構，SLIC具有更高的拉伸模量和強度，說明嵌鋰調控并未削弱碳纖維的結構承載能力。

綜合性能全面躍升，力學、電化學指標實現多維突破

對隔膜體系進行優化，采用致密超薄纖維素隔膜替代傳統玻璃纖維隔膜，強化層間界面結合力與應力傳遞效果，優化后材料核心性能參數如下：

力學性能：模量 72.2 GPa，拉伸強度 1084 MPa；

電化學性能：能量密度 44.5 Wh/kg，功率密度 789 W/kg，工作電壓 3.95 V，正極容量利用率接近完全利用。

將該材料與國內外已報道的各類結構儲能材料橫向對比，其在結構強度、能量密度、功率密度、工作電壓區間、正極容量利用率五大維度均具備綜合優勢；經結構效率、電化學效率綜合測算，材料多功能效率超 150%，可大幅降低裝備整體重量，輕量化價值顯著。

實物工況驗證：0.4mm 超薄板材，負重 25 倍自重仍可持續供電

為驗證實際應用價值，研究團隊制備厚度僅 0.4mm 的超薄板材開展實物測試。實驗中，板材承受超過自身重量 25 倍的彎曲荷載，依舊能夠穩定為 LED 屏、電子墨水屏、微型風扇等小型電子設備持續供電，直觀驗證材料在承載外力工況下穩定輸出電能的實用能力。

廣闊應用場景，推動裝備向“具身儲能” 升級

這套全新結構鋰離子電容器復合體系，為薄壁承載儲能一體化零部件提供了完整技術方案與成熟制備工藝。未來可落地應用于輕量化新能源交通工具、無人飛行器、智能機器人、航空航天裝備等多個領域，推動行業零部件從單一承重結構，向承載、儲能二合一多功能構件轉型，為高端輕量化裝備升級提供全新解決方案。

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