2月27日，Nature子刊《Nature Communications》在2025年第16卷发表题目为“Enhanced energy storage performance of nano-submicron structural dielectric films by suppressed ferroelectric phase aggregation（通过抑制铁电相聚集提高纳米-亚微米结构电介质薄膜的储能性能）”的学术论文。

该论文针对当前电容器用聚合物电介质薄膜储能密度不足这一关键技术瓶颈，创新性地开展了全有机复合电介质薄膜的储能密度与充放电效率协同提升的研究，为高性能聚合物电介质材料的开发提供了新的研究思路。论文由北京邮电大学理学院，信息光子学与光通信全国重点实验室联合清华大学电机系，电力系统运行与控制国家重点实验室完成。第一作者为北京邮电大学博士生邢锟，北京邮电大学理学院毕科教授为本文通讯作者。（论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57249-z）。

电介质电容器凭借其快速充放电能力、高功率密度以及高可靠性等特点，在现代电子与电气领域中发挥着不可替代的作用。聚合物电介质材料因其质轻、易加工、高击穿强度以及可自修复等优势，已成为电容器中电介质材料的首选。然而，当前聚合物电介质面临的关键挑战是其储能密度较低。这一问题在很大程度上限制了电子设备的小型化与集成化进程。此外，充放电效率对于电介质电容器的实际应用具有至关重要的意义。较低的充放电效率不仅会导致能源浪费，还会引发焦耳热效应，进而加剧电容器性能的下降，并引发安全问题。因此，在提升聚合物电介质储能密度的同时，保持较高的充放电效率，对于满足日益增长的能源需求以及适应各行业快速发展的技术变革至关重要。

本研究采用静电纺丝技术，成功制备了一种多层全有机复合电介质薄膜，其表层为PMMA纳米-亚微米纤维，中间层为P(VDF-HFP)@PMMA芯-鞘结构纤维，经热压处理后形成致密的薄膜。该薄膜在储能密度与充放电效率方面实现了协同优化。薄膜介电性能的显著提升主要归因于以下两个关键机制：一是基于Poole-Frenkel效应的电子迁移限制。在P(VDF-HFP)@PMMA芯-鞘结构中，纳米-亚微米级鞘层PMMA，显著限制了电子的迁移和跳跃传导。这一结构设计有效抑制了电子的自由移动，从而显著提高了电介质的击穿强度。二是基于Schottky效应的界面调控。在电极与电介质的界面处，纳米-亚微米级PMMA表层有效阻止了电子从电极注入电介质内部。这种界面工程策略不仅进一步提升了电介质的击穿强度，还显著提高了充放电效率。

最终，基于纳米-亚微米级多层结构设计的全有机复合电介质薄膜，在740 kV/mm的高电场强度条件下，成功实现了80%的超高充放电效率，并取得了13.72 J/cm³的卓越储能密度。这一储能密度是目前最先进的商用聚合物电介质材料—双轴拉伸聚丙烯(BOPP)的6.5倍。在制备过程中，静电纺丝技术展现出极高的灵活性和多参数可控性，不仅简化了工艺流程，还为高储能聚合物电介质的工业化生产提供了可行的技术路径，显著提升了其工业可扩展性。

图1.全有机复合电介质薄膜的设计思路及制备流程

图2.全有机复合电介质薄膜的循环稳定性与性能对比

本研究提出的纳米-亚微米级多层结构设计策略，成功实现了全有机复合电介质薄膜在储能密度与充放电效率的协同提升，为开发兼具高击穿强度、高效率及高储能密度的复合电介质薄膜开辟了新的技术路径，并为该领域的发展提供了创新性的理论与实践范式。