高能量存储密度介电储能材料的研究进展

介电静电电容器因其充放电速度快、可靠性高 [1-5]，已成为电力设备和电力电子器件的关键部件。与电池和超级电容器等储能器件相比，介电电容器具有更高的充放电效率和功率密度，并且能够满足小型化、轻量化和高电压等级的要求 [6, 7]。因此，开发高储能密度介电电容器已成为电气工程领域的研究热点 [8, 9]。

聚合物材料具有柔韧性好、击穿强度高、介电损耗低、质量轻、易加工、适合大规模生产等优点 [10-13]，近年来在介电储能领域受到广泛关注。然而，聚合物材料通常相对介电常数较低，限制了其获得更高的储能密度 [14]。

铁电聚合物，特别是聚偏二氟乙烯 (PVDF) 及其共聚物，是目前介电聚合物储能材料的研究热点之一 [15-17]。铁电聚合物在聚合物材料中具有最优异的介电性能 [18, 19]，其介电常数可以达到十以上，并具有良好的耐压性和高功率密度 [20]。因此，铁电聚合物被认为是高功率薄膜电容器的理想材料之一 [21, 22]。

除了以 PVDF 及其共聚物为代表的铁电聚合物外，还有聚酰亚胺 (PI) [23]、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) [24]、双向拉伸聚丙烯 (BOPP) [25] 等线性聚合物。线性聚合物具有较高的击穿强度和储能效率，但其极化强度较低，限制了线性聚合物材料获得更高的储能密度 [26]。

近年来，研究人员探索了多种提高聚合物基介电储能材料储能密度的策略，例如制备聚合物共混复合材料。Zhu 等人 [27] 以聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯) (P(VDF-TrFE-CFE)) 和聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 为原料制备了一种聚合物共混复合材料，在 520 kV mm-1 下充放电效率高达 73%，储能密度高达 9.3 J cm-3。此外，还可以将不同的聚合物进行共混，例如将铁电聚合物与线性聚合物共混 [28]。聚合物基体共混可以解决单一组分聚合物的缺点，从而提高复合材料的介电常数和储能密度 [29-33]。

结论

聚合物基介电储能材料因其独特的优势在高储能密度电容器领域展现出巨大的应用潜力。未来，需要进一步深入研究不同类型聚合物材料的特性和改性方法，以开发出性能更加优异的介电储能材料，满足未来电子设备对高性能、小型化和轻量化的需求。