近日，华北电力大学能源电力创新研究院杨旻昊依托国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目/面上基金和2030智能电网国家科技重大专项，以第一/通讯作者在国际顶级期刊《Nature Communications》和《Energy & Environmental Science》分别在线发表了题为《Surface energy-driven perpendicular gradient structure in flexible composite dielectrics for high-temperature capacitive energy storage》和《Superior high-temperature electrostatic energy storage in flexible dielectric film enabled by metal-coordination crosslinked network》的重要研究论文，合作者包括清华大学电机系党智敏教授、北京化工大学弹性体中心张立群院士团队刘军教授和华东师范大学田博博教授等。

图1 研究成果

以储能电介质为代表的电工绝缘材料是新能源高压换流装备的核心物理载体，直接影响着电能安全高效变换。目前，储能电介质薄膜面临“介电常数-绝缘强度”和“热稳定性-绝缘强度”双重强耦合倒置关系，高介电常数、高绝缘强度和强耐热特性难以兼得，造成介质薄膜放电能量密度不足；同时，储能电介质传统交联结构设计策略面临“非活性交联位点”和“不可逆共价网络”等问题，难以有效限制载流子迁移，并造成介质薄膜难以回收利用，严重制约着高储能、高可靠和环保型绝缘介质及电工装备的研发和应用。

基于上述问题，本研究报道一种具有垂直梯度分布结构的储能电介质，通过构筑硅-氧-钛（Si-O-Ti）无机杂化交联网络，利用氧化物间表面能差异，驱动垂直梯度结构的构筑。富集于薄膜表层的二氧化硅抑制电荷注入，而分布在基体内的二氧化钛则提升介电常数。同时，Si-O-Ti杂化交联网络可限制聚合物分子链运动并降低自由体积，进而改善薄膜热稳定性、力学模量和绝缘强度。最终，该薄膜在200℃下放电能量密度可达6.04 J/cm3，充放电效率维持90%以上。

图2 梯度分布交联型储能电介质

其次，本研究报道一种基于金属离子作为活性交联位点的配位交联储能电介质，金属离子具有优异的电子亲和能，可作为深陷阱有效捕获高能载流子。同时，致密交联网络能够降低体系自由体积、提升材料力学强度并改善薄膜热稳定性和绝缘性能。在200 °C下，介质薄膜放电能量密度可达4.68 J/cm3，充放电效率维持在90%以上。此外，该配位网络可在酸性条件下发生动态解离与重构，实现了交联型储能电介质的回收再利用。

图3 金属配位交联型储能电介质

杨旻昊研究团队围绕能源电力领域前沿科学与战略需求，长期聚焦于高压电工装备用电工绝缘材料与储能电介质国产化与高性能化研究，尤其关注高温、高频和强电场耦合工况下聚合物绝缘介质构效演变复杂、结构优化失效与性能提升受限等重大基础和应用研究问题。近年来，团队以华北电力大学为第一/通讯单位在国际顶级期刊《Nature Communications》《Progress in Materials Science》《Energy & Environmental Science》（4篇）《Advanced Materials》和《Advanced Energy Materials》等发表了10余篇高水平学术成果。

初审：杨旻昊

复审：薛晓州

审核：徐超

责任编辑：陈昀睿