近日，国际著名期刊《先进材料》(Advanced Materials, IF=26)在线发表热流科学与交叉技术研究所刘抗教授课题组研究成果，论文题为《全聚合物聚乙烯-水凝胶翅片：用于光伏电站高效蒸发冷却与生态修复》(All-polymer Polyethylene-hydrogel Felt for Efficient Evaporative Cooling and Ecological Restoration in Photovoltaic Power Plants)。武汉大学2023级硕士生郑凯彬为论文第一作者，武汉大学动力与机械学院刘抗教授、资源与环境学院陈朝吉教授为通讯作者，武汉大学为论文唯一署名单位。

       随着全球光伏装机量快速增长，提升光伏组件效率至关重要。降低电池温度是提升光伏效率的有效方式，但现有冷却技术很难做到，或者结构复杂、能耗高，或者冷却能力有限，难以满足光伏系统“低成本、高效率”的实际散热需求。同时，光伏电站对周边生态环境的影响也逐渐受到关注，光伏电站是否可以改善局部气候、促进生态恢复，尚不清楚。针对这一问题，武汉大学刘抗教授课题组提出了一种全聚合物的水凝胶翅片结构，每根纤维由高度定向的超高分子量聚乙烯纤维(PE)和几微米厚的丙烯酰胺(PAAM)水凝胶层构成。翅片兼具超轻、耐腐蚀、高导热和大比表面积等特点。该翅片最大被动换热系数可高达1100 W/m²·K，在光伏组件上应用该翅片，可使组件温度最高降低28℃，发电功率提升20.4%。更值得关注的是，该材料还能提升周围湿度24%、降低环境温度2.6℃，显著改善局部微气候，为光伏电站带来生态修复新可能。

图1 全聚合物水凝胶翅片工作原理

       为了实现极简结构下的光伏电池降温，刘抗教授课题组还提出一种微通道薄膜蒸发冷却结构，以空间换时间，实现吸湿和蒸发冷却的同时进行，在保证冷却薄膜结构简单的同时，实现了快速吸湿补水，保证光伏电池板蒸发冷却的持续稳定进行。相关工作发表在国际高水平期刊《纳米能源》(Nano Energy, IF=17)。武汉大学2022级博士生庾泽华为论文第一作者，刘抗教授为论文通讯作者。

图2 水凝胶微通道光伏电池散热薄膜

       聚合物因其环境友好性、易于加工和适应不同包装设计而脱颖而出。然而，其无序的分子链网络和无规取向的纳米晶不可避免地导致低热导率（0.3 W/m·K），这使得其应用于电子设备时大大降低散热性能。高导热的聚合物材料十分重要但设计困难。近日，武汉大学刘抗团队提出了一种可规模化制备 3D 导热PE 薄膜的策略，通过对取向 PE 纤维编织物进行热压，保留纤维中分子链的高取向性，实现了 3D 导热结构的调控。该PE薄膜在三个维度的导热系数分别为12、5、0.25 W/m·K，厚度可达700 微米，远超超薄薄膜的实用性。将PE薄膜应用于模拟智能手机芯片上，（58 × 114 mm）作为均热板，该薄膜可将工作温度从99.3 ℃降至74.7 ℃。所得的宏观PE膜还具有优异的力学性能和电磁波透射率，与传统的金属热管理材料相比具有明显的优势。相关工作发表在国际知名期刊《Small》（IF=12），论文题为《通过定向纤维热压实现聚乙烯薄膜的可扩展三维导热结构》(Scalable 3D Thermal Conductivity Architecture of Polyethylene Film via Hot Pressing of Oriented Fibers)。武汉大学黄俊副研究员为本文第一作者，刘抗教授为通讯作者。

图3. 导热PE薄膜的可扩展制备

       近日，国际高水平期刊《先进科学》(Advanced Science, IF=14)在线发表热流科学与交叉技术研究所刘抗教授课题组研究成果，论文题为《抗结冰有机凝胶实现小鼠心脏准均相过冷保存》(Anti-Icing Organogel Enables Quasi-Homogeneous Supercooling Preservation of Mouse Hearts. Advanced Science)。武汉大学2023级硕士生李俊浩、武汉大学中南医院王伟博士和李成昊博士为本文共同第一作者，刘金平教授、刘抗教授和黄志教授为共同通讯作者。

       器官移植是终末期器官功能衰竭最有效的根治手段。在全世界范围内，供体和受体在时间和空间分布上存在严重的不匹配，已然成为制约器官移植发展的瓶颈因素。安全、有效的长期储存技术成为器官移植领域共同迫切诉求。目前临床上主要采用的4℃静态或者机械灌注等保存方式对于大部分重要组织、器官的离体保存时间限于24小时，导致超过70%的捐赠器官在保存过程中被丢弃。近年来逐渐发展的过冷技术将保存温度降低到冰点以下，延长保存时间，是未来极具潜力的器官保存手段。但是在冰点以下长时间保存过程中，不可控的冰晶生长会对组织器官造成致命损伤。如何实现组织器官的有效抗冻、避免结冰伤害，并据此制定安全长效的保存策略是过冷保存技术亟需解决的关键问题。针对这一问题，武汉大学刘抗、中南医院刘金平团队提出了一种具有高冰晶成核能垒的有机凝胶界面，通过消除过冷系统中的初级冰晶成核位点，实现了不依赖冷冻保护剂或机械灌注的准均相过冷保存技术，并通过多尺度综合评估，系统研究了保存温度对器官损伤及代谢变化的影响。基于心脏移植模型开展的三个月预后评估表明这种准均相系统下的过冷保存能显著延长器官保存时长。

图4. 准均相保存系统

       近日，国际权威期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition, IF=17）在线发表了我所杨培华研究员最新研究成果。论文题目为《具有高离子电导率和锂离子选择性的两性离子聚合物电解质固态电池》(Cationic-Zwitterionic Polymer Electrolytes with Enhanced Ionic Conductivity and Lithium-Ion Selectivity for Solid-State Batteries)。武汉大学为第一通讯单位, 武汉大学博士研究生肖托与鲜靖林为论文共同第一作者，安徽工程大学闫文其博士、刘抗教授及杨培华研究员为共同通讯作者。

       聚合物电解质因其良好的界面相容性及易于规模化加工特性，被广泛认为是固态电池中极具应用前景的电解质材料。高阳离子选择性电解质能够有效抑制阴离子迁移，降低浓差极化，抑制枝晶生长，从而显著提升电池的安全性与稳定性。然而，传统聚合物电解质普遍存在锂离子与阴离子共同迁移的问题，且锂离子传导高度依赖极性官能团，导致电导率和迁移数均处于较低水平。虽已有单离子导体可提高迁移数，但由于锂离子与聚合物链段间存在强库伦作用，其离子电导率往往受限。如何在高离子电导率与高锂离子迁移数之间实现兼顾，仍是当前聚合物电解质走向实用化的关键难题。基于此，研究团队提出了通过原位聚合离子液体和两性离子单体的方法，构建出一种新型阳离子-两性离子聚合物电解质。在该设计中，阳离子基团用于锚定TFSI⁻阴离子以提升锂离子迁移数，而磺酸根基团则促进锂盐解离并增强锂离子传输，使电解质兼具高迁移数与高电导率。基于该电解质组装的软包电池表现出优异的电化学稳定性，并成功应用于无人机驱动实验。该研究为发展安全、高能量密度的固态电池提供了新的思路。

图5. 阳离子-两性离子聚合物电解质性能展示

以上研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金等基金的资助，并获得了武汉大学科研公共服务条件平台及武汉大学超算中心的支持。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202501698%20

论文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202506968%20

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202505376

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202514027