中科大研发聚合物基复合材料高储能电介质电容器

 

    电介质电容器由于其超快的充放电速率和超高的功率密度，是智能电网调频、电磁炮等高能武器系统的核心器件，并在新能源电动汽车、可穿戴电子等领域具有广阔应用。其中，成本低、易加工、耐高电压的柔性聚合物最有潜力的电容器电介质材料之一，但其低介电常数导致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，在介电常数提高的同时进一步提升材料击穿场强，是获得高储能密度复合材料亟需解决的难点。

    针对上述挑战，合作团队利用带负电无机填料的局域反向电场抑制二次碰撞电子的产生，从而阻碍击穿相的形成发展，进而提升复合材料击穿场强和储能密度。基于此，研究人员制备出掺入少量带负电的2维填料的聚偏二氟乙烯基复合材料，在提高其介电常数的同时，获得了极高的击穿场强和储能密度，该柔性电容器的储能密度是目前已报道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，甚至超过了商用电化学电容器。此外，复合材料的杨氏模量也有明显的提高，而漏电流密度依然维持在较低水平，实现了击穿场强与储能密度的大幅提升。

 

    该项研究工作为今后高能量密度柔性电介质储能材料的实用化提供了全新的思路。