多层P(VDF-TrFE-CFE)/二维云母纳米复合异质结构电容器实现高密度静电储能

本研究针对介电极化与击穿性能间的矛盾关系，通过将二维云纳米填料引入P(VDF-TrFE-CFE)(PTC)聚合物，构建PMP/PMPMP多层异质结构电容器。结果显示PMP在750 MV m?1下实现50 J cm?3放电能量密度，PMPMP在625 MV m?1下达45 J cm?3，显著优于常规PTC的15 J cm?3(500 MV m?1)，且具备6.64 μs放电时间和400V下千次循环98%稳定性，为工业应用提供创新解决方案。

　　

随着可再生能源需求的持续增长，开发具有超高容量和效率的储能系统受到广泛关注。聚合物基介电电容器因其固有柔性、快速充放电能力、低介电损耗和高功率密度等特点，在现代电子和能源存储领域占据重要地位。然而，介电极化与电击穿行为之间的固有矛盾一直制约着其储能性能的进一步提升。

在这项创新研究中，科研人员将机械剥离的二维云母(2D mica)作为纳米填料，引入到聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)(P(VDF-TrFE-CFE)，简称PTC)聚合物基质中，成功制备出多层异质结构电容器。该团队设计了PTC/云母/PTC(PMP)和PTC/云母/PTC/云母/PTC(PMPMP)两种创新构型。

实验结果表明：PMP纳米复合薄膜在750 MV m^?1电场强度下实现了50 J cm^?3的最大放电能量密度，而PMPMP结构在625 MV m^?1场强下达到45 J cm^?3，显著优于传统PTC电容器在500 MV m^?1下仅15 J cm^?3的表现。更令人印象深刻的是，PMPMP电容器在400V工作电压下展现出6.64微秒的快速放电时间，并在数千次循环后仍保持98%的高循环稳定性。

这项研究为基于聚合物和二维纳米填料的电容器开发提供了重要见解，其创新性的异质结构设计策略为工业级高性能储能设备的研制指明了方向。