【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在電力電子與能源系統(tǒng)的“心臟”地帶，電容器扮演著不可或缺的關(guān)鍵角色。從推動綠色出行的新能源汽車，到跨越千山萬水的柔性直流輸電，再到探索深空與地底的尖端裝備，其穩(wěn)定運(yùn)行都離不開高性能電容器的支撐。然而，當(dāng)應(yīng)用場景邁向200攝氏度以上的高溫極端環(huán)境時，傳統(tǒng)聚合物電介質(zhì)材料便會“力不從心”，出現(xiàn)儲能效率驟降、壽命縮短等問題，成為制約諸多高端技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
 

　　面對這一世界性挑戰(zhàn)，西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的劉文鳳教授與周垚教授科研團(tuán)隊(duì)，近日取得了具有里程碑意義的研究進(jìn)展。他們獨(dú)辟蹊徑，提出了一種名為 “納米限域原位生長” 的創(chuàng)新策略，成功攻克了高溫下電容器儲能性能下降的難題。
 

　　這項(xiàng)技術(shù)的精髓，在于從材料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)“基因級”的改造。研究團(tuán)隊(duì)巧妙地在聚合物基體內(nèi)部，直接構(gòu)筑出尺寸極小、分布極其均勻的無機(jī)納米點(diǎn)。這種方法如同一手精妙的“微雕”，徹底解決了傳統(tǒng)將外來填料與聚合物混合時常見的分散不均、界面結(jié)合弱等技術(shù)痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高性能納米復(fù)合薄膜的可控制備。
 

　　令人矚目的成果體現(xiàn)在一系列硬核數(shù)據(jù)上：采用該技術(shù)制備的新型聚合物納米復(fù)合電介質(zhì)，在200℃的高溫下，放電能量密度達(dá)到了驚人的7.03 J·cm?³；即便溫度攀升至250℃，仍能保持3.40 J·cm?³的優(yōu)異性能，且充放電效率始終高于90%，相關(guān)性能指標(biāo)處于國際領(lǐng)先水平。更關(guān)鍵的是，新材料展現(xiàn)了卓越的耐久性，在200℃、500 MV·m?¹的嚴(yán)苛條件下經(jīng)歷5萬次充放電循環(huán)后，性能依然穩(wěn)定如初。
 

　　這項(xiàng)突破性研究不僅為開發(fā)適用于極端環(huán)境的新一代儲能器件鋪平了道路，也加深了科學(xué)界對高溫強(qiáng)電場下電荷輸運(yùn)機(jī)制的理解。相關(guān)成果已發(fā)表于能源材料領(lǐng)域的國際頂級期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)。
 

　　據(jù)悉，劉文鳳教授團(tuán)隊(duì)長期深耕于電容器技術(shù)全鏈條研究，此前已在突破柔性直流輸電關(guān)鍵電容器國產(chǎn)化、研制世界首臺直流斷路器用非線性電容器等方面取得系列成果，為我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)與國家能源安全提供了堅實(shí)的科技支撐。此次在高溫儲能材料領(lǐng)域的核心突破，標(biāo)志著我國在高端電工材料基礎(chǔ)研究與自主創(chuàng)新道路上又邁出了堅實(shí)的一步。