华北电力律方成、庾翔Composites Part B：芳纶高温储能领域新进展——基于氢键网络实现介电常数和击穿强度的解耦提升

主要观点总结

本文介绍了华北电力大学律方成教授课题组关于先进功能化芳纶基材料的研究。他们通过静电纺丝技术制备了间位芳纶（PMIA）基高温储能薄膜，并纳入“核-鞘”填料构建了界面氢键网络，实现了对介电常数和击穿强度的解耦协同增强。该薄膜具有高放电密度、充放电效率、超高机械模量和出色的热稳定性。相关成果发表在Composites Part B: Engineering期刊上。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

随着电力设备轻量化、小型化发展，对聚合物电介质的储能密度和耐高温性能提出更高要求。聚醚酰亚胺（PEI）、聚酰亚胺（PI）基体等高温储能电介质涌现，但本征较低的介电常数限制了材料的极化能力。囿于聚合物介电常数和击穿强度之间的反向耦合关系，亟需寻求可替代的新型高性能聚合物基材。

关键观点2: 研究重点

课题组通过静电纺丝技术制备了PMIA基高温储能薄膜，并构建了界面氢键网络。实现了对介电常数和击穿强度的解耦协同增强。薄膜在150°C下表现出高放电密度及充放电效率，兼具超高机械模量和出色的热稳定性。

关键观点3: 研究方法

采用静电纺丝技术制备复合薄膜，实现芳纶纳米纤维的取向化排列和纳米填料的高度分散。制备了“核-鞘”结构填料ND@PDA作为增强相，其核层有效抑制击穿发展，鞘层引入额外偶极子形成氢键网络。

关键观点4: 研究成果

复合薄膜具有优异的高温绝缘特性、高放电密度、充放电效率、超高机械模量和出色的热稳定性。该研究解决了介电常数和击穿场强的内禀性矛盾，为高性能芳纶基高温储能薄膜的研究设计提供了指导思路。

文章预览

一、研究概要 聚合物薄膜电容器因其优异的储能密度、快速的充放电效率以及高运行可靠性而被广泛应用于柔性直流输电、新能源电动汽车以及高功率电子器件等。随着电力设备的轻量化、小型化发展，对聚合物电介质的储能密度和耐高温性能也提出了迫切需求。近年来，以聚醚酰亚胺（PEI）、聚酰亚胺（PI）基体为代表的高温储能电介质相继涌现，然而其本征较低的介电常数限制了材料的极化能力，储能密度仍有待提升。囿于聚合物介电常数和击穿强度之间的反向耦合关系，诸如无机掺杂等改性策略无法实现介电常数和击穿场强的协同提升，亟待寻求可替代的新型高性能聚合物基材。芳纶纤维，作为一种人工合成的高分子聚合物，具有优异的绝缘强度、超高的机械模量、出色的热稳定性等特质，已被加工成绝缘拉杆、芳纶纸等器材并广泛应用于 ………………………………