中科大研發聚合物基復合材料高儲能電介質電容器

 

    電介質電容器由于其超快的充放電速率和超高的功率密度，是智能電網調頻、電磁炮等高能武器系統的核心器件，并在新能源電動汽車、可穿戴電子等領域具有廣闊應用。其中，成本低、易加工、耐高電壓的柔性聚合物最有潛力的電容器電介質材料之一，但其低介電常數導致的低儲能密度限制了對器件小型化和高性能化的要求。因此，在介電常數提高的同時進一步提升材料擊穿場強，是獲得高儲能密度復合材料亟需解決的難點。

    針對上述挑戰，合作團隊利用帶負電無機填料的局域反向電場抑制二次碰撞電子的產生，從而阻礙擊穿相的形成發展，進而提升復合材料擊穿場強和儲能密度?；诖耍芯咳藛T制備出摻入少量帶負電的2維填料的聚偏二氟乙烯基復合材料，在提高其介電常數的同時，獲得了極高的擊穿場強和儲能密度，該柔性電容器的儲能密度是目前已報道聚合物基復合材料中最高的，是目前最好的商用雙向拉伸聚丙烯薄膜電容器的18倍，甚至超過了商用電化學電容器。此外，復合材料的楊氏模量也有明顯的提高，而漏電流密度依然維持在較低水平，實現了擊穿場強與儲能密度的大幅提升。

 

    該項研究工作為今后高能量密度柔性電介質儲能材料的實用化提供了全新的思路。