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 介质电容器是电子电路和电力系统中普遍存在的基本储能器件，随着新能源发电、航空电子工业和电动汽车领域迅速发展，要求电容器聚合物介质在更高温度下运行。目前普遍使用的商用电容薄膜双向拉伸聚丙烯（BOPP）最高工作温度仅为105℃，这是因为在高温、强电场下聚合物内部电导损耗呈指数级上升并产生大量焦耳热，导致器件性能迅速下降，并最终过热损坏。尽管已有多种耐热高分子被用于开发电容储能薄膜，然而，在极端温度和电场条件下，这类材料无法避免焦耳热的大量生成，不能满足极端工况电容储能应用需要，其根本原因在于无法有效抑制高温、强电场下的载流子传导。
  近日，清华大学李琦课题组受生物大分子双链螺旋结构启发，首次将螺环分子结构引入到耐热高分子体系并应用于高温介电储能领域，得到了在200 °C下具有高充放电效率（≥90%）和高储能密度（6.13 J/cm3）的新型耐高温介电储能聚合物薄膜，高于商业BOPP电容膜在室温下的储能密度（~4 J/cm3）。一方面，螺环结构中单环旋转势能极大，导致其形成稳定的三维立体结构，有助于抑制聚合物分子中共轭平面从而调控电荷输运过程；另一方面，由于螺环结构由两条键链构成，只有当两条键链同时破坏才会引发主链断裂，从而具有更强的热稳定性。螺环结构的引入为设计具有优异高温储能性能的聚合物介质材料提供了新的思路。
  量子化学计算分析表明，经典的聚酰亚胺（PI）结构包含了大量共轭的平面分子片段，二胺和二酐单元交替分布，导致分子内/分子间电荷存在转移。因此，共轭体系被认为是常规PI中载流子输运和漏导损耗增加的重要原因，对介电和储能性能产生负面影响。研究团队发现，通过在二酐单体中引入醚键、在二胺单体中引入螺环结构，可以有效地减弱静电相互作用（图1B），从而减少Spiral-structured PI内部电荷转移配合物（CTC）的形成。