西安交通大学刘文凤等：核-壳结构纳米复合电介质储能特性研究进展

电力电容器因功率密度大、耐受电压高等优异特性被广泛应用于脉冲功率系统、新能源发电、高压直流输电系统及电动汽车等领域 。但是相比于电池及超级电容器等储能元件，电力电容器较低的储能密度致使其体积过于庞大。聚丙烯是目前应用最为广泛的电力电容器用电介质材料，具有低损耗、耐受电压高，易于双向拉伸可大规模制备成膜等优点。除了通过分子结构设计来提高聚合物本征的介电常数外，研究发现，向聚合物中添加陶瓷或者导电纳米填料制成纳米复合电介质，也可以大幅提高介电常数，获得高储能密度复合材料。但是在纳米复合材料的研发过程中存在许多亟待解决的问题。例如，纳米填料团聚现象严重、电气强度下降、泄漏电流增大、介质损耗上升、柔性变差、不易于加工成膜、无法实现储能特性的协同提升等。然而大量研究表明，通过在纳米填料表面包覆壳层材料，制备具有核-壳结构的纳米填料可有效应对纳米复合电介质中的上述问题。

近日，西安交通大学刘文凤课题组对国内外核-壳结构纳米复合电介质的研究进展进行了综述。首先介绍核-壳结构纳米填料的制备方法，包括有机表面改性和无机壳层包覆。然后进一步从电气强度、介电常数、介质损耗 3个方面论述核-壳结构纳米填料调控纳米复合电介质储能特性的作用机理，并介绍核-壳结构在提升纳米复合电介质储能特性方面取得的突出成果。最后对核-壳结构纳米复合电介质在储能应用中所面临的问题进行总结，并对其未来发展方向进行展望。

相关文章近期发表于《绝缘材料》2022年第5期。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目的支持。

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具有介电缓冲层的核-壳结构示意图

作者简介

刘文凤：女，1982年5月生。教授，西安交通大学电气学院副院长。国家自然科学基金优秀青年基金获得者，入选中组部青年拔尖人才；主要从事电介质理论及其应用、绝缘材料特性与理论的研究。已在国际期刊发表学术论文50 余篇，学术论文被SCI引用超过2000次，并入选ESI数据库高引论文及中国百篇最具影响力国际学术论文;获国家自然科学奖二等奖一项，获教育部自然科学一等奖一项。