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  金屬化薄膜電容器因其超高的功率密度、極短的充放電時間、易加工和高可靠性等優勢在可再生能源的轉換與存儲、脈沖功率器件和電力推進系統等領域備受關注。商用電容薄膜雙向拉伸聚丙烯（BOPP）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、地下資源開采、先進電磁能裝備等領域對發展耐高溫介電儲能電容器的需求（200 ℃）。目前已有的耐高溫介電高分子中存在大量共軛結構，分子內和分子間強烈的電荷轉移（CT）相互作用使其在高溫和高電場下的電導損耗呈指數級上升，導致器件過熱損壞。此外，傳統耐高溫分子骨架中的高碳含量和豐富的芳香環犧牲了其自愈特性。

  針對上述問題，北京科技大學查俊偉教授團隊通過一種重新設計分子結構單元的策略，設計了一種兼具高玻璃化轉變溫度（256 ℃）和寬帶隙（4.58 eV）的脂環聚酰亞胺（PI），在高電場和高溫條件下，其電導率比傳統PI低一個數量級以上。在200 ℃下，脂環PI的放電能量密度達到 4.54 J cm^-3且充放電效率保持在90%以上，高于商業BOPP電容膜在室溫下的放電能量密度。此外，脂環PI的熱解殘炭率低，在四次電擊穿循環后仍能保持 93% 的介電擊穿強度。該研究首次提出了基于氣相和凝聚相雙重自愈機制來探索高溫PI電介質的自愈能力。脂環PI在高溫下的高能量密度和卓越的自愈能力進一步表明了PI電介質薄膜電容器在極端條件下的應用前景。

圖1. 聚酰亞胺電介質的結構設計

圖2. 電導和介電擊穿性能及機理分析

圖3. 聚酰亞胺電介質多重自愈能力評估

圖4. 氣相和凝聚相雙重自愈機制

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202410927