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极耐温电容储能薄膜材料
材料人客服小谭     2023-05-10 微信扫码分享 登录后可收藏  
应用场景:
薄膜电容器
关键性能:
在250 ℃极端温度下,充放电效率在90%以上的能量密度达到2.1J/cm3,为目前报道最高水平
产品介绍:

据清华新闻网报道,清华大学电机系李琦副教授课题组在耐高温电容储能薄膜研究领域取得新进展。课题组提出分子结构单元模块化定制组装的设计思路,通过机器学习、分子动力学模拟结合实验测试分析揭示了影响高温介电储能特性的关键分子结构因素,最终制备得到在250℃极端温度条件下具有目前最高储能密度的聚合物电介质薄膜。课题组利用机器学习对由21种单体组成的110种聚酰亚胺类大分子结构的玻璃化转变温度(Tg)和能带隙宽度(Eg)进行了高通量预测。通过将分子结构拆分成不同的结构单元,以模块化组装的策略合成并系统研究了其中12种聚酰亚胺类大分子,得到了每种结构单元对材料Tg和Eg的量化影响,从而实现可定制化获得具有目标性能的聚合物分子结构。课题组进一步通过分子动力学模拟结合实验测试揭示,在该情况下,材料的高温介电储能性能跟聚合物中相邻共轭平面之间的二面角大小密切相关。依据这一新的认知,课题组通过结构单元定制化组装最终分别设计制备了在150 ℃、200 ℃和250 ℃下具有优异高温储能性能的电介质聚合物。例如,在250 ℃极端温度下,充放电效率在90%以上的能量密度达到2.1J/cm3,为目前报道最高水平。本研究得到的高性能耐高温电介质聚合物全部由成熟的溶液法二步反应合成,单体来源于商业化产品,这使得这类耐高温介电薄膜的规模化制备成为可能。与此同时,这项研究的设计思路还可扩展到其他介电聚合物体系,对耐高温介电储能薄膜的开发具有广泛的启示意义。近日,相关研究成果以“高温电容储能聚合物电介质的结构单元定制组合设计”(Designing Tailored Combinations of Structural Units in Polymer Dielectrics for High-Temperature Capacitive Energy Storage)为题发表于Nature Communications。


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