近年来，聚合物介电材料在先进储能电容器方面展现出了巨大的应用潜力，这已在世界范围内引起了广泛的关注。迄今为止，研究者们已经开发出了各种有效的策略来改善聚合物介质固有的低能量密度。然而，能量密度的提高往往伴随着放电效率的降低，这不利于其实际应用。
中国海洋大学史志成副教授等人为了同时实现高能量密度和高放电效率，提出了由夹在线性介电层和非线性介电层之间的过渡层组成的非对称全聚合物三层复合材料的独特设计。其中，非线性介电层提供高能量密度，线性介电层提供高放电效率，而过渡层可以有效地使电场分布均匀，从而大大提高击穿强度和能量密度。该结构同时获得了 89.9% 的高效率和 12.15J cm-3的高能量密度。该研究以题为“Asymmetric Trilayer All-Polymer Dielectric Composites with Simultaneous High Efficiency and High Energy Density: A Novel Design Targeting for Advanced Energy Storage Capacitors”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。
文章亮点：
（1）作者提出了一种特殊的非对称 LTN 结构的三层全聚合物复合材料设计，该复合材料由夹在线性介电 L 层和非线性介电 N 层之间的过渡 T 层组成。在LTN 结构中，L层采用纯聚醚酰亚胺（PEI），N层采用P(VDF-HFP)，T层采用PEI/P(VDF-HFP)共混复合材料。
（2）N层和L层能够分别提供高能量密度和高放电效率，从而实现两者之间的平衡。理论计算表明，T 层可以有效地使复合材料内部的电场分布均匀，从而减轻电场畸变，大大提高击穿强度。实验结果表明，T层的引入显著提高了双层LN结构的能量密度和放电效率。
（3）相邻层之间的宏观界面和T层内部的微观界面处的界面极化也有助于进一步提高能量密度。因此，作者在优化的 LTN 结构中同时实现了 12.15J cm-3的高能量密度和 89.9% 的高放电效率。与传统的对称NTN结构相比，这种新型的非对称LTN结构具有更高的能量密度和放电效率。
提出的不对称三层全聚合物设计策略开辟了获得同时具有高能量密度和高放电效率的介电电容储能材料的新途径，这将对高性能介电储能材料的探索具有重要意义。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100280
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
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