西安交大开发高性能聚合物基储能电介质材料

5月9日，据《先进功能材料》期刊网站报道，西安交通大学张志成教授团队联合西安交通大学第二附属医院高登峰教授团队，基于刚性萘环的自由体积与能带结构的协同调控机制，有效解决了偶极玻璃态聚合物低能量密度、高能量损耗的问题，成功合成出一种新型无规共聚物材料。该材料作为储能电介质可有效提升薄膜电容器性能，在储能领域极具应用前景。

基于聚丙烯膜的金属化膜电容器具有高功率密度和快速充放电的优点，在电力系统与医疗设备中应用广泛。然而，聚丙烯薄膜材料能量密度低、能量损耗高，制约了金属化膜电容器进一步向高性能、低功耗、小体积方向发展。对此，研究团队利用刚性萘环调控自由体积与能带结构的机制，通过将甲基丙烯酸甲酯（MMA）与2-乙烯基萘（2-VN）共聚合，成功合成出一种新型无规共聚物P(MMA-VN)。由于萘环结构的存在，该材料中甲基侧基自由体积增大，进而极化能力显著提高，能量损耗也得到有效抑制。同时，萘环还能通过能级调控提高材料的载流子俘获能力，进而降低了材料的漏导和击穿风险。进一步研究表明，当萘环含量为5 mol%（摩尔百分比）时，P(MMA-VN)在800 MV/m（兆伏特每米）电场下实现19.3 J/cm³（焦耳每立方米）的高能量密度和89%以上的放电效率，性能居于国际领先水平。此外，该材料兼具优异的可加工性和热/机械稳定性，适用于电动汽车、可再生能源等领域。该协同调控机制的提出为开发高性能介电材料提供了新思路，推动了金属化膜电容器在储能领域的应用。