清華大學(xué)李琦課題組《Nat. Commun.》: 高分子結(jié)構(gòu)單元定制組裝策略實(shí)現(xiàn)250℃極耐溫介電儲(chǔ)能
2023-04-28 來源：高分子科技
商業(yè)化介電高分子電容薄膜僅能在105°C以下正常工作，無法滿足新能源汽車、可再生能源并網(wǎng)、地下資源開采、先進(jìn)電磁能裝備等領(lǐng)域?qū)Πl(fā)展耐高溫介電儲(chǔ)能電容器的要求（150 °C至250 °C）。另一方面，目前已有的耐高溫介電高分子中存在大量共軛結(jié)構(gòu)，使其在高溫和高電場(chǎng)下的電導(dǎo)損耗呈指數(shù)級(jí)上升，導(dǎo)致器件過熱損壞。近年來，研究者們通過減少大分子中的共軛結(jié)構(gòu)來提升材料的能帶隙寬度（Eg），但仍無法實(shí)現(xiàn)200℃以上高效儲(chǔ)能。
近日，清華大學(xué)李琦課題組通過一種基于結(jié)構(gòu)單元定制組裝的策略，揭示了當(dāng)材料Eg超過某一臨界值時(shí)，高溫絕緣性能隨Eg增大呈現(xiàn)邊際收益遞減的現(xiàn)象，此時(shí)影響介電高分子高溫儲(chǔ)能性能的決定性因素轉(zhuǎn)變?yōu)橄噜徆曹椘矫骈g的二面角大小。依據(jù)這一新的認(rèn)知，課題組設(shè)計(jì)制備的介電高分子薄膜在250 ℃極端溫度下的放電能量密度達(dá)到2.1J/cm3（90%充放電效率），為目前報(bào)道最高水平。
圖1. 機(jī)器學(xué)習(xí)高通量性能預(yù)測(cè)
圖2. 結(jié)構(gòu)單元對(duì)材料Tg和Eg的量化影響
圖3. 共軛平面間的二面角及材料的電導(dǎo)機(jī)制
圖4. 高溫介電儲(chǔ)能性能
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38145-w#Sec2
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