薄膜电容器因其超高功率密度、高耐压性、优异可靠性和易加工性，已成为现代电子装备和电力系统中能量存储和转换的要害元件。然而，现有的聚合物介电质料事情温度较低，导致薄膜电容器在电动汽车、航空航天和地下油气勘探等新兴高温情形中的电力电子应用中无法稳固运行。例如，电动汽车中的近发念头温度可凌驾120℃，而现在用于电动汽车功率逆变器的双轴取向聚丙烯（BOPP）薄膜电容器的事情温度低于105℃。因此，需要接纳冷却系统将事情温度从120℃以上降至约70℃，这增添了特另外重量、体积和能耗。

为相识决这一瓶颈问题，云顶集团电子与信息工程学院的张齐艳助理教授、黄双武特聘教授及其相助者提出并制备了一种具有优异高温电容储能性能的低熵非晶态介电聚合物。该事情以“Low-entropy amorphous dielectric polymers for high-temperature capacitive energy storage”为题，于2024年7月23揭晓在能源领域国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》（中科院一区及TOP期刊，影响因子：32.4）（DOI: 10.1039/D4EE02455A），云顶集团为该研究的第一完成单位，论文第一作者为云顶集团电子与信息工程学院的张齐艳助理教授，黄双武特聘教授为配合通讯作者。

图1. 低熵非晶态聚合物对载流子传输的抑制效果及机理。

该研究是在前期事情基础上（Matter，2021，4（7）：2448-2459）举行的深入拓展，旨在解决薄膜电容器在高温下泄电流急剧提升的焦点科学问题。研究提出了一种低熵非晶态聚合物修建战略。该低熵非晶态聚合物由高玻璃化转变温度的聚（2,6-二甲基-1,4-苯撑氧化物）（PPO）和聚苯乙烯（PS）分子级共混而成，在高温顺高电场下体现出优异的电容性能。质料设计原理是使用PS的苯环与PPO的苯环之间的强范德华力，在分子水平上“拉伸”主链，从而显著降低非晶态聚合物的分子构象熵，形成随机取向但高度细密群集的延展聚合物链，通过深能级局部态抑制电荷传输。研究效果批注，该低熵非晶态介电聚合物在150℃下体现出5.5?J/cm?的放电能量密度和凌驾90%的充放电效率，性能优于现有的介电聚合物，并显示出放电能量密度的两倍以上的提升。别的，与其他要领相比，该薄膜加工工艺（即聚合物共混）更简朴、直接且本钱低，因此该要领为高性能和高质量聚合物薄膜的量产铺平了蹊径，这些薄膜在高温薄膜电容器中具有普遍应用。

图2. 基于低熵非晶态聚合物所制备薄膜电容的性能表征。

项目支持：该研究获得了国家自然科学基金和深圳市科技立异妄想项目的资助。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee02455a