中化新網(wǎng)訊 近日，清華大學(xué)新型陶瓷材料全國重點實驗室沈洋課題組等在高溫儲能聚合物電介質(zhì)研究領(lǐng)域取得新進展，相關(guān)研究成果以“機器學(xué)習(xí)設(shè)計的高溫高儲能聚合物復(fù)合電容器”為題，于日前發(fā)表于《自然·能源》。

聚合物電介質(zhì)是薄膜電容器的核心儲能材料，在電動汽車、風(fēng)/光發(fā)電設(shè)施中發(fā)揮著不可替代的作用，它具有極高的功率密度和極快的充放電速率，但其能量密度受到高溫擊穿場強的制約。在聚合物中引入寬帶隙、高電子親和能的填料可以有效抑制其內(nèi)部的電荷遷移，延緩電荷遷移引發(fā)的電子雪崩和擊穿裂紋，提高復(fù)合電介質(zhì)的擊穿場強，但采用傳統(tǒng)的人工搜索方法尋找同時具有寬帶隙和高電子親和能的填料十分困難。

針對上述問題，該課題組采用生成式機器學(xué)習(xí)方法深入探究了有機分子填料的化學(xué)結(jié)構(gòu)與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，訓(xùn)練后的機器學(xué)習(xí)模型具有較高的性能預(yù)測準確度，采用該模型準確輸出了200多種有機分子，并合成了兩種兼具寬帶隙和高電子親和能的小分子作為填料。摻入聚合物基體的小分子填料一方面可通過高電子親和能捕獲電子，另一方面可通過寬帶隙阻礙電子在其內(nèi)部的遷移，顯著降低電介質(zhì)內(nèi)部的泄漏電流密度，大幅提升高溫擊穿場強。

課題組還基于自行搭建的卷對卷流延設(shè)備，連續(xù)化制備了千米級的復(fù)合電介質(zhì)薄膜，并實現(xiàn)了基于新型聚合物復(fù)合電介質(zhì)薄膜的電容器的工業(yè)化生產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)的聚丙烯薄膜電容器，復(fù)合電介質(zhì)薄膜電容器在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的能量密度、功率密度與電容穩(wěn)定性，并可實現(xiàn)自愈。