引言：在先进电力与电子系统中，介电电容器因能通过介电材料极化过程高效存储电能，且具备高能量密度、超快速响应等优势，在脉冲电源等领域应用广泛。作为其核心的聚合物薄膜虽有绝缘性好、柔韧轻质等优点，但介电常数低（如商用 BOPP 仅 2.2），导致储能密度受限（1-2 J・cm⁻³），且介电常数与击穿强度间存在固有矛盾。如何在维持高击穿强度的同时提升介电常数，成为实现高性能储能的关键挑战。

近日，由西安交通大学电气工程学院成永红教授以及华北电力大学电气与电子工程学院的庾翔教授带领的团队，在《Materials Horizons》期刊发布了关于“In-plane aligned doping pattern in electrospun PEI/MBene nanocomposites for high-temperature capacitive energy storage”（电纺PEI/MBene纳米复合材料平面内对齐掺杂模式用于高温电容能量存储）的最新研究成果。

为了在介电聚合物薄膜中实现优异的储能性能，平衡三个关键性能至关重要：高介电常数、高击穿强度和低介电损耗。因此，团队先以 (Mo₂/₃Y₁/₃)₂AlB₂（MAB）块体粉末为起始材料，历经蚀刻和分层两个关键步骤，成功制备出二维 Mo₄/₃B₂（MBene）薄片。随后，将 MBene 与聚醚酰亚胺（PEI）混合，运用静电纺丝技术进行复合薄膜制备。在静电纺丝时，改变收集器转速，高转速下能促使二维 MBene 在 PEI 基体中呈现面内排列的有序状态，形成定向排列的纳米纤维。随后，对所得薄膜进行热压处理，进一步优化薄膜结构。最终成功制备出 MBene/PEI 复合薄膜。

实验数据显示，当 MBene 掺杂量为 1.0 wt% 时，复合薄膜在室温下的能量密度达到 8.03 J・cm⁻³，在 150°C 高温环境下仍能保持 5.32 J・cm⁻³ 的能量密度，且充放电效率超过 90%。

这种优异性能源于三方面设计：其一，MBene 填料通过 Maxwell-Wagner-Sillars 界面极化效应显著提升介电常数，与随机掺杂结构相比，面内排列使介电常数提高 25.9% 至 10.7（1 kHz），同时介电损耗降低 40.3% 至 0.0074；其二，填料的均匀分散避免了连续导电路径形成，使击穿强度维持在 494 kV・mm⁻¹ 的高位；其三，定向排列的 MBene 与 PEI 基体形成协同增强效应，使薄膜的拉伸强度和杨氏模量分别提升 52.9% 和 17.6%。

综上所述，团队通过电纺技术实现MBene填料在PEI基体中的平面内对齐，成功制备出具有超高能量密度和效率的复合薄膜。该研究为解决导电填料引入导致的介电损耗与击穿强度衰减问题提供了新路径，有望应用于高温环境下的柔性储能器件。

文献来源：https://doi.org/10.1039/d4mh01613k