“中国科大研发出高储能电介质电容器”

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科学技术日报记者吴长锋

据中国科大介绍，该校物理学院李晓光团队与清华大学沈洋教授课题组共同发现了大幅提高聚合物基复合材料击穿场强和介质储能密度的方法，可为不同的柔性聚合物介质材料进行宣传，为今后的高储能电容器设计提供了可行的方案。 这一成果日前在《先进资料》杂志上在线发表。

介质电容器因其极快的充放电速度和超高的功率密度，是智能电网调频、电磁炮等高能武器系统的核心器件，在新能源电动汽车、可穿戴电子等行业具有广泛的应用。 其中，价廉、易加工、耐高电压的柔性聚合物是最有潜力的电容器电介质材料之一，但其低介电常数带来的低储能密度限制了对器件小型化和高性能化的要求。 因此，提高介电常数，进一步提高材料的击穿场强，是高储能密度复合材料急需解决的难点。

针对上述课题，合作小组利用带负电无机填料的局域反向电场抑制了二次碰撞电子的产生，阻碍了断裂相形成的快速发展，提高了复合材料的断裂场强和储存密度。 因此，制造了少量混合带负电二维填料的聚偏氟乙烯复合材料，提高了介电常数，获得了极高的破坏电场强度和储存密度。 该柔性电容器的储能密度是目前报道的聚合物基复合材料中最高的，是目前最好的商用双向拉伸聚丙烯薄膜电容器的18倍，超过了商用电化学电容器。 另外，虽然复合材料的杨氏模量也有显着提高，但漏电流密度仍然维持在低水平，破坏电场强度和储能密度得到了大幅提高。

这项研究工作为今后高能密度柔性介质储能材料的实际应用提供了新的思路。