通过分子工程设计的萘陷阱实现聚醚酰亚胺中的高温能量储存

《ACS Applied Polymer Materials》：High-Temperature Energy Storage in Poly(ether imide) via Molecular-Engineered Naphthalene Traps

芳香聚醚酰亚胺薄膜电容器通过引入萘四羧酸二酐（NTCDA）构建共聚体系，实验与DFT分析表明NTCDA能带位于PEI带隙形成电子陷阱，有效捕获高温下自由载流子抑制迁移，降低泄漏电流与介电损耗。测试显示三种共聚物在150℃时能量密度达3.7-3.56 J/cm3，电荷效率75-87%，证实能带调控可提升高温储能性能。

　　

芳香族聚醚酰亚胺（PEI）薄膜电容器因其热稳定性和柔韧性而在高温应用中具有广阔前景。本研究首先基于不同的二胺单体结构设计并合成了三种PEI，然后在聚合过程中引入1,4,5,8-萘四羧酸二酐（NTCDA）以构建共聚物体系。实验和密度泛函理论（DFT）分析表明，NTCDA具有较低的最低未占据分子轨道（LUMO）能级，能够在PEI的带隙中形成较深的电子陷阱。这些陷阱在高温下有效捕获自由载流子，抑制其迁移和跳跃导电，从而降低漏电流和介电损耗。同时，NTCDA中刚性的萘环结构增强了分子间相互作用，抑制了高温下的分子运动并减少了能量耗散。性能测试显示，这三种共聚物在150°C时的能量密度（U_e）分别为3.7 J/cm³、3.22 J/cm³和3.56 J/cm³，相应的充放电效率（η）分别为87%、75%和79%。这些结果证实，通过NTCDA调节不同结构PEI的能带和陷阱分布是提升高温储能性能的有效策略，为相关材料设计提供了参考。