在人類社會發展的進程中，能源的開發與利用扮演著至關重要的角色。在化石燃料日漸枯竭與環境問題日益突出的今天，開發環境友好的能量轉換與儲能技術成為世界范圍內關注的焦點。在眾多儲能器件中，聚合物基薄膜電容器具有最高的功率密度和最快的充放電響應時間，目前已應用于可再生能源轉化儲存、混合動力汽車等領域。然而，傳統聚合物材料較低的儲能密度已不能滿足目前電子工業發展中對電子器件小型化和集成化的要求。
近日，西安交通大學汪宏教授課題組針對上述問題設計并制備了一種具有高儲能密度及高放電效率的三明治結構BaTiO3/PVDF納米復合材料薄膜。研究表明，通過調節不同層中陶瓷填料的體積分數，三明治復合材料薄膜的儲能特性可被大幅優化提升，其耐擊穿場強與儲能密度分別提高為純聚合物材料的1.5倍和2倍。更為重要的是，該三明治BaTiO3/PVDF薄膜的放電效率在400 MV/m的高電場下仍可高達70%，這一性能優于之前所有報道的三明治結構陶瓷/聚合物復合材料。與此同時，結合有限元仿真結果，他們發現三明治層狀結構設計可實現電場在各層中的不均勻分布，高介電層中的弱電場區對擊穿電樹枝的阻礙及電導損耗的抑制都發揮了重要作用，是三明治結構薄膜高擊穿場強與高放電效率的關鍵來源。該研究工作為進一步開發和利用高儲能密度介電材料提供了新思路。
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該成果發表于Journal of Materials Chemistry A，論文第一作者為西安交通大學的在讀博士研究生王軼飛。
該論文作者為：Yifei Wang, Jin Cui, Linxi Wang, Qibin Yuan, Yujuan Niu, Jie Chen, Qing Wang, Hong Wang
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