面对化石能源的迅速枯竭，以及能源消耗带来的气候变化和环境污染等严重问题，迫切需要开发绿色可持续发展的清洁能源并加以有效利用。目前，将太阳能、风能、潮汐能和波浪能等可再生能源转化为电能是实现可持续发展的主要手段。对于这些具有间歇性和脉冲性的清洁能源，开发可靠、安全的能源转换设备至关重要。电介质电容器具有极快的充放电速度、高功率密度、长循环寿命、绿色环保等特点，在能源转换、智能电网等领域拥有广阔应用。随着电子电力设备向轻量化和柔性化方向发展，全有机电介质凭借其轻质、易加工、高击穿强度等优点，在储能介质电容器领域展现出广阔的发展前景。

  当前，电介质电容器的储能密度较低，在应用中占据了较大的质量和体积，难以满足微型化和轻量化的需求。因此，迫切需要开发具有高储能密度的电介质。基于偏氟乙烯（VDF）的聚合物具有高极化特性，有利于实现高储能密度。近年来，有关VDF基电介质和全有机电介质的文章发表量迅速增加，如图1所示。鉴于近年来VDF基全有机电介质的迅速发展，对其研究现状进行回顾分析以及对未来发展提出见解十分必要。

图1 2016~2025年有关VDF基电介质和全有机电介质的文章发表量

  论文指出，提高VDF基全有机电介质的储能性能主要集中在三个关键方面：极化行为、介电损耗和击穿强度。

  1.调节极化行为：VDF基电介质主要表现为铁电极化行为，具有高最大极化和剩余极化。在减少剩余极化的同时尽可能少的牺牲最大极化，可同时提升储能密度和效率。

  2.抑制介电损耗：介电损耗主要分为弛豫损耗和传导损耗。降低大铁电畴耦合引起的弛豫损耗，并抑制传导损耗，可减少充放电循环中的能量耗散。

  3.提高击穿强度：储能密度与电场强度的二次方成正比。高击穿强度意味着更高的工作电场，可以更充分地利用材料的储能潜力。同时，高击穿强度确保了电容器的安全性和稳定性。

  综述围绕极化行为、介电损耗和击穿强度三个方面，讨论了近年提升VDF基全有机电介质储能性能的化学和物理策略（图2）。提高VDF基全有机电介质储能性能的化学策略主要涉及分子链级改性，可分为三种：共聚改性、接枝功能化和化学交联。而物理策略主要集中在改变聚集态结构上，可分为四种：设计加工工艺、引入有机分子、聚合物共混和构建多层结构。化学和物理策略都在不同程度上有助于改善极化行为、降低介电损耗和增强击穿强度，最终实现储能性能的提升。

图2 增强VDF基全有机电介质储能性能的化学和物理策略

  尽管近年来在提高VDF基全有机电介质储能性能方面取得了重大突破，但这一领域仍然存在诸多挑战，距离实际应用还有很长的距离。根据VDF基全有机电介质目前的发展状况，综述最后提出了尚未解决的关键问题和亟需关注的未来研究方向：

  1.协同提高介电常数和击穿强度。当前的策略（包括共聚、接枝、交联、淬火和共混等）在细化晶体尺寸、增加分子链间距离、减小铁电畴、定制极化行为等方面都证明了有效性。具有弛豫铁电行为的VDF基聚合物值得加强研究，特别是通过先进的表征技术结合有限元模拟来阐明其微观结构与宏观储能性能之间的结构-性能关系。

  2.在降低传导损耗方面，主要策略为抑制载流子传输和电极界面的电荷注入。目前采用的方法（包括接枝、交联、引入功能性有机分子和聚合物共混等）已被证明能够在系统中引入电荷捕获中心，从而降低载流子的迁移率。但是，目前还缺乏对电荷捕获机制的定量描述。未来的工作应深化对电荷捕集的理论理解，并开发先进的表征技术，以建立电荷捕集参数与材料微结构之间的相关性。

  3.目前增强击穿强度的方法主要集中在提高薄膜的面外模量和引入电荷捕获中心以抑制载流子迁移。对于VDF基聚合物，可以通过交联、与高模量聚合物共混以及增加结晶度来提高杨氏模量。通过引入深陷阱来抑制漏电流以提高击穿强度的理论还需要深入研究，因为深陷阱可能会导致电介质局部电场分布不均，从而损害击穿强度。

  4.在高温环境下，电介质的传导损耗会急剧增加，降低传导损耗是优化高温储能性能的关键挑战。应特别关注电介质材料的导热性，因为散热不足会导致击穿强度的急剧降低。此外，对介电材料在复杂使用条件下的运行可靠性和老化特性的研究仍然较少。今后的工作应侧重于建立全面的性能评估方法和开发寿命预测模型，以促进聚合物电介质的实际应用。

  该综述以南京工业大学材料科学与工程学院博士研究生汤骏航为第一作者、毛泽鹏副教授等为通讯作者发表在国际期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews上，题为“Enhancing the energy storage performance of all-organic dielectrics based on VDF-based polymers: chemical and physical strategies”。从调节极化行为、降低介电损耗和提高击穿强度三个方面探讨了提高VDF基全有机电介质储能性能的各种化学和物理策略。指出了VDF基全有机电介质必须克服的挑战，对未来的研究与开发提出了建议。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.rser.2025.116139