萘四甲酸二酐改性的聚醚酰亚胺共聚薄膜高温储能性能研究

曲仕齐; 孟永鹏; 朱本钦; 常远; 吴成龙; 艾玎; 陈玉; 成永红

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (6) : 52 -62.

曲仕齐, 孟永鹏, 朱本钦, 常远, 吴成龙, 艾玎, 陈玉, 成永红

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摘要

针对聚醚酰亚胺（PEI）在高温（T>100℃）、强电场（E>400 MV/m）下因电导损耗增大导致介电储能性能大幅度下降的难题，提出基于高电子亲和能单体的共聚改性方法来提升材料高温储能性能。采用1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTCDA）单体与常规的PEI单体进行共聚反应制备系列NTCDA-PEI（nPEI）薄膜，研究了不同NTCDA共聚比例对材料热性能、介电性能、击穿性能和储能性能的影响规律，并结合跳跃电导模型和热刺激电流测量，分析了共聚薄膜的电导和陷阱特性对储能性能影响的内在机制。结果表明：共聚薄膜在介质中引入了更多的电子陷阱，有效抑制了高温下载流子的迁移，实现了电导电流的下降和击穿电场强度击穿场强的提高，进而使nPEI薄膜在高温下实现放电能量密度与充放电效率的提升。当NTCDA物质的量分数为1.5%时，共聚薄膜性能如下：在150℃下的性能最优，击穿电场强度为574.35 MV/m,比纯PEI提高了14.0%;最大放电能量密度为6.38 J/cm³,比纯PEI提高了50.8%;充放电效率从纯PEI的52.2%提升至88.7%。该研究为开发适用于高温环境下的储能器件提供了一种解决方案。