近日，西安交通大学电气工程学院、电工材料电气绝缘全国重点实验室教授刘文凤、周垚团队提出了一种“纳米限域原位生长”策略，在聚合物基体内部原位构筑尺寸极小、分布高度均匀的无机纳米点，有效解决了传统聚合物复合材料中填料分散性差、界面相容性不足以及高填充量下加工困难等问题，实现了高质量聚合物纳米复合薄膜的可控制备。该成果发表在《能源与环境科学》上。

电容器作为先进电力电子与能源系统的关键基础元件，广泛应用于高压柔性直流输电、新能源汽车、脉冲功率技术、航空航天及深地探测等重要领域。随着应用场景不断向高温、高电场等极端工况拓展，传统聚合物电介质在200度以上易出现电导急剧上升和介电击穿等问题，导致电容器储能效率下降、使用寿命缩短，严重制约了其在极端环境下的可靠应用。

针对这一挑战，团队开始了科研攻关。研究表明，原位生成的无机纳米点在低填充量下即可协同提升材料的介电常数和击穿强度，并通过引入界面深能级陷阱，显著抑制高温高电场下的电荷输运。所制备的聚合物纳米复合电介质在200度以下放电能量密度达7.03焦耳每立方厘米，250℃下仍保持3.40焦耳每立方厘米，且充放电效率超过90%，性能处于国际同类材料领先水平。在200℃、500兆伏每米的严苛条件下进行5万次充放电循环后，材料性能依然保持稳定。

该研究不仅实现了聚合物电介质高温储能性能的突破，也为深入理解高温强电场下聚合物复合电介质的电荷输运机制提供了新的依据，为发展柔性、高可靠、高能量密度新一代能源材料与器件开辟了新路径。

纳米限域原位生长策略及聚合物纳米复合电介质的高温储能性能。西安交通大学供图

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D5EE06723E