应用于电动汽车、航空航天和地下勘探的介电电容器工作温度高，需要耐高温和高能量密度的介电材料。 聚酰亚胺 (PI) 被证明是高温电容器应用的潜在介电材料。
有鉴于此，北京科技大学查俊伟教授、郑明胜副教授和清华大学党智敏教授等人，介绍了与耐高温和储能特性相关的关键参数，并讨论了全有机 PI 电介质和 PI 基电介质纳米复合材料的最新进展。分析了分子级修饰新型功能性聚苯胺的合成策略，以及纳米填料和聚苯胺多层结构的设计工程。最后，系统总结了高温电容器材料目前面临的挑战和未来的发展。
本文要点
1）近年来，对本征PI及其复合材料储能性能的研究从宏观到微观，特别是高温下储能性能的研究不断加强。PI介质储能性能改善的重点一直是εr和Eb的提高，但它在能量损失、成本和可加工性方面付出了代价。从基础研究到大规模应用，它的未来还有很长的路要走。
2）通过回顾以往的工作，展望未来，相信这些策略需要研究人员予以关注。（a）从目前来看，全有机复合材料在实际应用中最有前景。在获得良好的储能性能的同时，仍能保持良好的加工性能。（b）那么，PI的合成非常灵活，因此PI的分子结构修饰具有很大的开发潜力。在目前的研究中，本征 PI 电介质的设计和合成基本上集中在如何提高 εr 和 Tg 上。但后期需要更多关注tanδ的问题。（c）与传统的溶液混合方法相比，核壳结构策略为优化纳米复合材料的微观结构甚至电学性能提供了更多的可能性。设计的聚合物壳和聚合物基体具有相似的化学结构，这对于大大提高纳米复合材料的整体性能至关重要。（d）无论多层结构是全有机复合材料还是纳米复合材料，都可以通过介质层和绝缘层的组合有效地调节电场分布。在保证较高εr的同时，复合材料能保持良好的绝缘性能，从而提高能量密度。（e）进一步研究应考虑导热系数对高温电容器性能的影响。高Tg或Tm不足以保护聚合物免受长时间加热引起的失效。（f）电容器薄膜的应用需要高质量、低成本、快速的量产技术。实验室获得的高性能电容器薄膜应集成到与其潜在应用相关的简单储能装置中，并进行大规模生产。 （g）石油和煤炭等不可再生能源的枯竭引起了人们对可再生聚合物材料的广泛使用的兴趣。应扩大对纤维素等生物介电材料的研究。此外，一种受自然启发的合理结构设计，通过模仿天然材料的结构或特性来提高性能，可能会被证明是一种有效的解决方案。
参考文献：
et al. High-Temperature Polyimide Dielectric Materials for Energy Storage: Theory, Design, Preparation and Properties. Energy Environ. Sci., 2021.
DOI: 10.1039/D1EE03186D
https://doi.org/10.1039/D1EE03186D
