近日，清華大學電機系副教授李琦、教授何金良等人首次研制出200攝氏度高效介電儲能的全有機復合薄膜。相關論文發表于《自然—通訊》。

聚合物薄膜電容器具有介電強度高、能量損耗低，以及自愈性好等優點，在全球工業電容器市場占有率超過其他類型電容產品。然而，聚合物介電材料的絕緣性能對溫度極其敏感，在高溫、高電場作用下泄漏電流呈指數上升、放電效率急劇下降，最終造成電容器過熱損壞。目前主流商業薄膜電容器僅在105攝氏度以下工作，長期工作溫度低于70攝氏度。

李琦等人則采用了一種與前期方法截然不同的技術路線——利用有機光伏中電子受體材料的強得電子能力，實現了在高溫聚合物中構筑深電荷陷阱。這種有機分子半導體型的電子受體材料具有極高的電子親和能，被廣泛應用于有機光伏中激子在異質結界面高效分離。它們可通過其表面靜電勢分布的極不均勻特性，對自由電子產生強束縛作用。

據介紹，在200攝氏度高溫條件下，這類全有機復合介電材料的介電儲能性能不僅遠超目前最好的高溫聚合物及聚合物納米復合介電材料，并接近商業化聚合物電容薄膜室溫下性能;在大幅提升高溫介電儲能特性的同時還實現了大面積、性能均勻的薄膜制備，為實現薄膜電容器在200攝氏度嚴酷溫度環境下應用提供了可能。

此外，全有機復合體系解決了傳統有機—無機復合體系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等問題，在薄膜品質和規模化制備等方面具有顯著優勢。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17760-x

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