在电动汽车电机控制器持续高温运行、航天器电力系统直面太空极端温差、新能源并网设备长期暴露户外复杂环境的场景中，储能部件的稳定性能直接决定仪器设备的可靠性与使用寿命。长期以来，传统储能电介质材料在150℃及以上高温环境下的性能衰减问题，成为制约仪器设备向小型化、高功率、高可靠方向升级的关键瓶颈。近日，南方科技大学汪宏教授团队联合夏海平院士团队的一项研究突破，为这一行业痛点提供了全新解决方案，其研发的新型高温储能电介质复合材料，有望推动仪器设备部件的性能革新。
据了解，该研究成果已以“Metalla-Aromatic Complexes Enhancing the High Temperature Energy Storage Performance of Polycarbonate Polymer”为题发表于权威学术期刊《Advanced Energy Materials》。不同于传统聚合物电介质材料在高温下传导损耗激增、储能性能骤降的弊端，也规避了现有高性能有机半导体填料合成复杂、成本高昂的问题，团队创新性地将新型锇基金属芳香配合物（MAC-1）引入聚碳酸酯（PC）基体，设计出PC/MACs复合材料。
从技术原理来看，这一材料的优势在于分子级的精准设计。MAC-1分子中的锇金属中心与配体形成的强缺电子，能打造深度电荷陷阱，使材料陷阱深度从纯PC的0.89 eV提升至1.12 eV，有效捕获并束缚高温、高电场下迁移的电荷载流子；同时，其轴向连接的三苯基膦配体产生的空间位阻效应，既能防止分子间电荷跳跃，又能扰乱聚合物链的紧密堆积，进一步抑制空间电荷迁移——这两大设计从根源上解决了高温环境下储能部件的漏导损耗问题。
实打实的性能数据，更让仪器设备行业看到了落地潜力。测试结果显示，在150℃的高温环境下，该复合材料的漏电流密度从纯PC的8.8×10?? A·cm?2降至9.3×10?1? A·cm?2，减少幅度达89%；击穿场强从562 MV·m?1提升至717 MV·m?1，且玻璃化转变温度仍保持在180℃以上，具备优异的热稳定性。在极端工况的储能表现上，该材料在150℃、717 MV·m?1的高电场下，放电能量密度达到7.4 J·cm?3，放电效率达93%，较纯PC材料分别实现64%和16%的提升；循环寿命方面，在150℃下3.3 J·cm?3和4.0 J·cm?3能量密度下，其循环寿命分别达到15849次和11660次，是纯PC材料的两倍以上。
“这一材料体系精准匹配了仪器设备储能部件的极端环境使用需求。”行业资深分析师指出，无论是电动汽车电机控制器、新能源并网设备中的储能模块，还是航天器电力系统的部件，对高温稳定性、高储能密度和长寿命的要求都极为苛刻。该复合材料的出现，不仅为下一代高性能薄膜电容器的研发提供了材料支撑，更有望推动相关仪器设备实现“小型化”突破——更高的储能密度意味着相同功率需求下，储能部件体积可大幅缩小，为设备整体结构优化创造空间。
据悉，该研究获得国家自然科学基金及广东省基础与应用基础研究基金等项目资助。目前，相关技术已具备进一步产业化转化的基础，未来有望与仪器设备企业开展深度合作，推动技术从实验室走向实际应用场景。
业内人士普遍认为，此次高温储能电介质材料的突破，不仅是材料领域的重要进展，更将为仪器设备行业的技术升级注入新动力，尤其在新能源、航空航天等高端仪器设备领域，有望加速国产部件的替代进程，提升行业整体竞争力。