近日，清华大学电机系副教授李琦、教授何金良等人首次研制出200摄氏度高效介电储能的全有机复合薄膜。相关论文发表于《自然—通讯》。
聚合物薄膜电容器具有介电强度高、能量损耗低，以及自愈性好等优点，在全球工业电容器市场占有率超过其他类型电容产品。然而，聚合物介电材料的绝缘性能对温度极其敏感，在高温、高电场作用下泄漏电流呈指数上升、放电效率急剧下降，最终造成电容器过热损坏。目前主流商业薄膜电容器仅在105摄氏度以下工作，长期工作温度低于70摄氏度。
李琦等人则采用了一种与前期方法截然不同的技术路线——利用有机光伏中电子受体材料的强得电子能力，实现了在高温聚合物中构筑深电荷陷阱。这种有机分子半导体型的电子受体材料具有极高的电子亲和能，被广泛应用于有机光伏中激子在异质结界面高效分离。它们可通过其表面静电势分布的极不均匀特性，对自由电子产生强束缚作用。
据介绍，在200摄氏度高温条件下，这类全有机复合介电材料的介电储能性能不仅远超目前最好的高温聚合物及聚合物纳米复合介电材料，并接近商业化聚合物电容薄膜室温下性能;在大幅提升高温介电储能特性的同时还实现了大面积、性能均匀的薄膜制备，为实现薄膜电容器在200摄氏度严酷温度环境下应用提供了可能。
此外，全有机复合体系解决了传统有机—无机复合体系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等问题，在薄膜品质和规模化制备等方面具有显著优势。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17760-x
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