200攝氏度高效介電儲(chǔ)能薄膜研制成功

近日，清華大學(xué)電機(jī)系副教授李琦、教授何金良等人首次研制出200攝氏度高效介電儲(chǔ)能的全有機(jī)復(fù)合薄膜。相關(guān)論文發(fā)表于《自然—通訊》。

聚合物薄膜電容器具有介電強(qiáng)度高、能量損耗低，以及自愈性好等優(yōu)點(diǎn)，在全球工業(yè)電容器市場占有率超過其他類型電容產(chǎn)品。然而，聚合物介電材料的絕緣性能對溫度極其敏感，在高溫、高電場作用下泄漏電流呈指數(shù)上升、放電效率急劇下降，最終造成電容器過熱損壞。目前主流商業(yè)薄膜電容器僅在105攝氏度以下工作，長期工作溫度低于70攝氏度。

李琦等人則采用了一種與前期方法截然不同的技術(shù)路線——利用有機(jī)光伏中電子受體材料的強(qiáng)得電子能力，實(shí)現(xiàn)了在高溫聚合物中構(gòu)筑深電荷陷阱。這種有機(jī)分子半導(dǎo)體型的電子受體材料具有極高的電子親和能，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)光伏中激子在異質(zhì)結(jié)界面高效分離。它們可通過其表面靜電勢分布的極不均勻特性，對自由電子產(chǎn)生強(qiáng)束縛作用。

據(jù)介紹，在200攝氏度高溫條件下，這類全有機(jī)復(fù)合介電材料的介電儲(chǔ)能性能不僅遠(yuǎn)超目前最好的高溫聚合物及聚合物納米復(fù)合介電材料，并接近商業(yè)化聚合物電容薄膜室溫下性能;在大幅提升高溫介電儲(chǔ)能特性的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了大面積、性能均勻的薄膜制備，為實(shí)現(xiàn)薄膜電容器在200攝氏度嚴(yán)酷溫度環(huán)境下應(yīng)用提供了可能。

此外，全有機(jī)復(fù)合體系解決了傳統(tǒng)有機(jī)—無機(jī)復(fù)合體系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等問題，在薄膜品質(zhì)和規(guī)?；苽涞确矫婢哂酗@著優(yōu)勢。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17760-x