电介质电容器由于其超快充放电速率、高工作电压、耐高温高压、优良的循环稳定性和使用寿命长等优点而广泛应用于大容量电网技术、电动汽车、风力发电机、脉冲功率系统和便携式电子设备等领域，研发具有更高性能的电介质材料已经成为目前电介质领域的研究热点与难点。然而，以简单的物理共混为代表的传统加工工艺却难以解决聚合物纳米复合电介质材料随着介电常数提高而击穿强度显著降低的内禀性矛盾，从而限制了具有高能量密度电介质材料的研发。近年来，研究者们通过设计具有各种巧妙结构设计的聚合物纳米复合电介质材料，在高能量密度的电介质材料的研发上取得了令人兴奋的进展。然而，电介质材料的结构设计与其相关的综合性能间的关系仍有待进一步梳理与总结。

  最近，青岛科技大学张建明、陈玉伟等从储能用填料的微观结构设计及聚合物纳米复合电介质的宏观结构设计两个角度出发，详细讨论了聚合物基纳米复合电介质的结构设计与其储能性能之间的关系，系统地总结了用于能量存储领域的高能量密度聚合物基纳米复合电介质的最新进展。

图1. 综述主要内容及电介质电容器应用领域展示。

储能用填料的微观结构设计

储能用聚合物纳米复合电介质的宏观结构设计

  本文从填料的微观结构设计和聚合物纳米复合电介质的宏观结构设计两方面系统地总结了聚合物基电介质材料的研究进展，讨论了聚合物纳米复合电介质的结构设计与其储能性能之间的关系，并且提出了目前在研发高能量密度的聚合物基复合电介质方面面临的瓶颈和挑战。最后，基于上述工作的总结与分析，作者对未来具有高储能性能的聚合物基纳米复合电介质进行了展望，即：

  （1）将填料的微观结构设计与复合材料的宏观结构控制相结合，有望实现聚合物基纳米复合电介质储能性能的新突破。过去的大多数电介质设计策略只关注其中一个方面，而最近的研究证实，在多个尺度上合理调控材料结构有助于改善聚合物基纳米复合电介质的介电和储能性能。

  （2）多相聚合物纳米复合介电材料仍未得到充分探索。目前的研究主要集中在两相聚合物纳米复合介电材料上，对多相体系研究较少。这主要与不同填料之间的相互作用机理不清，以及复杂的微观结构和界面相互作用有关。然而，最近的一些研究表明，在多相体系中，不同功能填料与聚合物基质之间的协同效应可以显著改善聚合物基纳米复合电介质的介电和储能性能。

  （3）纳米填料在聚合物基体中的取向值得深入探索。到目前为止，这方面的研究大多局限于微米级的填料，而关于纳米填料的取向研究还处于起步阶段。此外，由此产生的取向结构缺乏多样性和可扩展性。这些都要求开发更精细的表征方法和更切合实际的制备工艺。

  （4）最后，在未来的研究中需要展示聚合物纳米复合电介质的具体应用示例，这对于展示聚合物纳米复合电介质在许多领域的巨大应用潜力具有积极的意义。

  原文链接：Recent progress in developing polymer nanocomposite membranes with ingenious structures for energy storage capacitors.

  https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.105140