電介質電容器由于其超快充放電速率、高工作電壓、耐高溫高壓、優良的循環穩定性和使用壽命長等優點而廣泛應用于大容量電網技術、電動汽車、風力發電機、脈沖功率系統和便攜式電子設備等領域，研發具有更高性能的電介質材料已經成為目前電介質領域的研究熱點與難點。然而，以簡單的物理共混為代表的傳統加工工藝卻難以解決聚合物納米復合電介質材料隨著介電常數提高而擊穿強度顯著降低的內稟性矛盾，從而限制了具有高能量密度電介質材料的研發。近年來，研究者們通過設計具有各種巧妙結構設計的聚合物納米復合電介質材料，在高能量密度的電介質材料的研發上取得了令人興奮的進展。然而，電介質材料的結構設計與其相關的綜合性能間的關系仍有待進一步梳理與總結。

  最近，青島科技大學張建明、陳玉偉等從儲能用填料的微觀結構設計及聚合物納米復合電介質的宏觀結構設計兩個角度出發，詳細討論了聚合物基納米復合電介質的結構設計與其儲能性能之間的關系，系統地總結了用于能量存儲領域的高能量密度聚合物基納米復合電介質的最新進展。

圖1. 綜述主要內容及電介質電容器應用領域展示。

儲能用填料的微觀結構設計

儲能用聚合物納米復合電介質的宏觀結構設計

  本文從填料的微觀結構設計和聚合物納米復合電介質的宏觀結構設計兩方面系統地總結了聚合物基電介質材料的研究進展，討論了聚合物納米復合電介質的結構設計與其儲能性能之間的關系，并且提出了目前在研發高能量密度的聚合物基復合電介質方面面臨的瓶頸和挑戰。最后，基于上述工作的總結與分析，作者對未來具有高儲能性能的聚合物基納米復合電介質進行了展望，即：

  （1）將填料的微觀結構設計與復合材料的宏觀結構控制相結合，有望實現聚合物基納米復合電介質儲能性能的新突破。過去的大多數電介質設計策略只關注其中一個方面，而最近的研究證實，在多個尺度上合理調控材料結構有助于改善聚合物基納米復合電介質的介電和儲能性能。

  （2）多相聚合物納米復合介電材料仍未得到充分探索。目前的研究主要集中在兩相聚合物納米復合介電材料上，對多相體系研究較少。這主要與不同填料之間的相互作用機理不清，以及復雜的微觀結構和界面相互作用有關。然而，最近的一些研究表明，在多相體系中，不同功能填料與聚合物基質之間的協同效應可以顯著改善聚合物基納米復合電介質的介電和儲能性能。

  （3）納米填料在聚合物基體中的取向值得深入探索。到目前為止，這方面的研究大多局限于微米級的填料，而關于納米填料的取向研究還處于起步階段。此外，由此產生的取向結構缺乏多樣性和可擴展性。這些都要求開發更精細的表征方法和更切合實際的制備工藝。

  （4）最后，在未來的研究中需要展示聚合物納米復合電介質的具體應用示例，這對于展示聚合物納米復合電介質在許多領域的巨大應用潛力具有積極的意義。

  原文鏈接：Recent progress in developing polymer nanocomposite membranes with ingenious structures for energy storage capacitors.

  https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.105140