電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道
在新能源汽車、脈沖功率系統(tǒng)等領域，聚合物薄膜電容器憑借超高功率密度與快速充放電能力，成為關鍵儲能部件。

然而，長期以來，商用聚合物材料始終面臨性能瓶頸,雙向拉伸聚丙烯（BOPP）雖應用廣泛，介電常數(shù)僅約2.2，擊穿強度不足600 MV/m，儲能密度受限；芳香族聚合物如聚酰亞胺、聚碳酸酯雖具備高絕緣性，但強π-π堆疊效應會導致高電場下電導損耗劇增，同樣難以滿足高性能需求。開發(fā)兼具高儲能密度、高充放電效率與優(yōu)異穩(wěn)定性的聚合物電介質(zhì)材料，成為全球儲能領域亟待突破的難題。

針對這一行業(yè)痛點，西安交通大學婁曉杰教授課題組創(chuàng)新提出空間位阻調(diào)控策略，通過分子結構設計打破性能桎梏。團隊選擇金剛烷功能化降冰片烯（NBAd）與芳香側鏈降冰片烯（PNB2APS）進行共聚，結合分子動力學模擬，成功制備出 P (NB2APS-co-NBAd0.05) 新型聚合物材料。

a) 設計策略示意圖。b) P(NB2APS-co-NBAd0.05)與其他近期新合成的聚合物材料的最大Ud和BDS比較。c) 在200MV/m循環(huán)數(shù)下的BOPP和P(NB2APS-co-NBAd0.05)的放電能量密度和放電效率。

這一設計的核心突破在于首次將位阻抑制機制應用于聚合物儲能領域：金剛烷基團的引入，使芳香側鏈間距從6.8?擴大至7.4?，有效削弱了π-π堆疊效應，同時提升了材料自由體積分數(shù)，為擊穿強度提升奠定關鍵基礎。

實驗數(shù)據(jù)顯示，該新型材料展現(xiàn)出遠超傳統(tǒng)材料的綜合性能。在擊穿強度方面，P (NB2APS-co-NBAd0.05)達到865 MV/m，較基體材料提升42%，大幅降低高電場下?lián)舸┦эL險；儲能密度更是實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，在1000 MV/m超高電場下，放電能量密度（Ud）達到23.5J/cm3，是商用BOPP材料的4.12倍，即便在800 MV/m電場下，Ud仍保持15 J/cm3，且儲能效率（η）超90%，兼顧高儲能與低損耗。

更值得關注的是其卓越的穩(wěn)定性，經(jīng)過10萬次充放電循環(huán)后，材料的放電能量密度與儲能效率均未出現(xiàn)明顯衰減，且具備獨特的擊穿自修復能力——通過將(C+N+S)/(O+H)原子比控制在1.07的低水平，材料擊穿后產(chǎn)生的碳化區(qū)域可自動與電極隔離，避免故障擴大，極大延長使用壽命。

在與近期其他新合成聚合物材料的對比中，P (NB2APS-co-NBAd0.05)的優(yōu)勢同樣顯著。從最大放電能量密度與擊穿強度的綜合性能來看，該材料在已報道的同類研究中處于領先水平，尤其在高電場穩(wěn)定性與循環(huán)壽命上，展現(xiàn)出不可替代的競爭力。

這一成果不僅為高性能電容儲能聚合物材料的結構設計提供了全新思路——通過精準調(diào)控分子空間結構解決性能矛盾，更打破了“高儲能密度必然伴隨高損耗”的行業(yè)認知，為聚合物電容器向更高功率、更長效、更可靠方向發(fā)展提供了可行路徑。

據(jù)悉，該研究成果以《通過削弱新型聚降冰片烯中的π-π堆疊效應實現(xiàn)超高電容儲能》為題，發(fā)表于國際著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials），西安交通大學前沿科學技術研究院為論文第一完成單位，博士生張斌為第一作者，婁曉杰教授為通訊作者。