近日，哈尔滨工业大学常云飞教授、王大伟教授课题组提出一种在基体中引入二维铋层状铁电微晶以及构建复合物双层结构的协同设计方法，突破了聚合物基介电材料在储能性能提升方面的限制。相关成果发表在《自然·通讯》上。
聚合物基介质电容器具有充放电速率快、功率密度高、柔性好、可以自愈等优点，在储能器件和先进电子电力系统中发挥着至关重要的作用。然而，聚合物基介电材料存在击穿场强不高、介电常数较低以及电迟滞高的问题，难以同时获得大幅度提升的储能密度和储能效率，阻碍了相关器件和系统向高性能化、微型化及轻量化方向的发展。
针对此现状，团队提出了在聚合物基体中引入二维铋层状铁电Na0.5Bi4.5Ti4O15（NBT）片状微晶以及构建复合物双层结构的设计思路，协同利用引入NBT微晶所产生的电势垒效应和构建双层结构所产生的界面效应，有效地抑制了电荷在聚合物层内和层间的传输，大幅度提高了击穿场强，同时也提高了聚合物的介电常数，增强了其极化能力。基于此研制的双层聚合物基复合材料VDF-HFP具有大幅度提升的储能密度，并兼顾较高的储能效率。
该工作可为未来研发高性能聚合物基电介质提供重要指导，并为先进储能器件和系统应用提供了一种高性能聚合物基储能材料。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55112-1
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