电容器作为先进电力电子与能源系统的关键基础元件，广泛应用于高压柔性直流输电、新能源汽车、脉冲功率技术、航空航天及深地探测等重要领域。随着应用场景不断向高温、高电场等极端工况拓展，传统聚合物电介质在200 ℃以上易出现电导急剧上升和介电击穿等问题，导致电容器储能效率下降、使用寿命缩短，严重制约了其在极端环境下的可靠应用。

针对上述挑战，黄瓜视频 、电工材料电气绝缘全国重点实验室刘文凤、周垚教授科研团队提出了一种“纳米限域原位生长”策略，在聚合物基体内部原位构筑尺寸极小、分布高度均匀的无机纳米点，有效解决了传统聚合物复合材料中填料分散性差、界面相容性不足以及高填充量下加工困难等问题，实现了高质量聚合物纳米复合薄膜的可控制备。

研究表明，原位生成的无机纳米点在低填充量下即可协同提升材料的介电常数和击穿强度，并通过引入界面深能级陷阱，显著抑制高温高电场下的电荷输运。所制备的聚合物纳米复合电介质在200 ℃下放电能量密度达7.03 J·cm⁻³，250 ℃下仍保持3.40 J·cm⁻³，且充放电效率超过90%，性能处于国际同类材料领先水平。在200 ℃、500 MV·m⁻¹的严苛条件下进行5万次充放电循环后，材料性能依然保持稳定。该研究不仅实现了聚合物电介质高温储能性能的突破，也为深入理解高温强电场下聚合物复合电介质的电荷输运机制提供了新的依据，为发展柔性、高可靠、高能量密度新一代能源材料与器件开辟了新路径。

图：纳米限域原位生长策略及聚合物纳米复合电介质的高温储能性能：

a)纳米限域原位生长策略示意图；b）原位生长无机纳米点结构；c）与其他材料高温储能性能对比；d）储能性能的温度稳定性。

近日，该成果以《原位生长纳米点显著提升聚合物电介质的高温电容储能性能》（Superior high-temperature capacitive energy storage performance enabled by in situ grown nanodots in polymer nanocomposites）为题，发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。刘文凤教授、周垚教授为论文通讯作者，黄瓜视频 硕士生李颜志为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和黄瓜视频 青年拔尖人才支持计划等项目的支持。

近年来，刘文凤教授团队主持承担了智能电网国家科技重大专项、国家自然科学基金联合基金重点项目等多项重要科研任务，围绕电容器“材料研发、结构设计、生产工艺、测试评价”全链条开展系统研究，突破了柔性直流输电换流阀用电容器国产化关键技术，研制出全球首台阻尼式直流断路器用非线性电容器，并推动无功补偿及滤波用电容器向小型化、高性能化发展。相关成果获中国电工技术学会科技进步一等奖等奖项，为我国新型电力系统建设和国家能源安全提供了重要科技支撑。

论文链接：//doi.org/10.1039/D5EE06723E

文字：刘文凤教授科研团队

图片：刘文凤教授科研团队