全聚合物纳米复合材料：储能与绝缘性能大突破

用于电能存储的介电聚合物需要满足多项关键指标，包括高介电常数（K）、低损耗和高击穿强度（Eb），同时还需能在高温环境下工作[1,2,3,4,5,6]。数十年来，对聚合物-无机复合材料的研究在实现这些目标方面仅取得了有限的成功[5,7,8]。在此，我们提出了两种极性聚合物的高温不混溶共混物，它们通过纳米相分离自组装形成三维全聚合物纳米复合材料。由此产生的纳米结构会引发卷曲链形态和较大的构象变化，再结合两种聚合物相对较低的旋转势垒和较高的偶极矩，从而在宽温度范围内实现了超高介电响应（介电常数K>13），同时保持了低损耗（损耗角正切tanδ约为0.002）。同时，纳米结构界面可作为移动电荷的屏障，显著降低高电场和高温下的传导损耗。这种兼具高K、高Eb和低损耗的全聚合物三维纳米复合材料在高温下展现出前所未有的放电能量密度（在150℃、200℃和250℃时分别为18.7 J/cm³、15.1 J/cm³和8.6 J/cm³）。该方法适用于其他不混溶极性共混物，表明其具有普适性和可调节性。这项工作满足了电能存储领域的迫切需求，并为开发宽温域高能量密度聚合物介电材料提供了新范式。