近日，实验室在电热耦合及储能领域取得重要进展，于国际权威学术期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials）发表题为《电卡制冷驱动的自冷却介电材料：用于高功率电容器的储能与制冷一体化》“Electrocaloric Cooling-Driven Self-Cooling Dielectrics: Integrated Energy Storage and Refrigeration for High-Power Capacitors”的研究论文，并被选为卷首封面，我校俎达博士研究生为论文第一作者，刘运牙教授、曹文军博士为共同通讯作者。此外，我校张展鹏博士研究生，山东良副教授共同参与了此项工作。
能量存储是当今全球能源系统的核心组成部分，对安全、高效地实现清洁能源转型至关重要。在现有储能技术中，电容器因其超快充放电能力、高功率密度及优异循环稳定性，因此在脉冲功率系统和先进武器系统等高频高功率场景有着重要的应用前景。然而，面向高温、高场强等极端服役条件时，聚合物电容器介质在高频极化/去极化过程中易产生显著的焦耳热与介电损耗，引发热量持续积累，进而导致器件结构稳定性下降，性能衰退乃至触发热-电耦合失效。基于此，利用电介质电热耦合电卡制冷效应，有望在提升介电电容器储能能力的同时，实现“高储能且自冷却”的一体化功能，为极端工况下储能器件的设计提供新的思路与技术路线。
近日，实验室智能材料多场耦合力学团队刘运牙教授等人提出了：通过优化聚合物与纳米陶瓷颗粒的界面效应，协同提升极化行为和极化熵变，实现了在高电场下储能性能与电热耦合制冷性能的同步提升。以P(VDF-TrFE-CFE)为基体，Ba0.6Sr0.4TiO3（BST）纳米颗粒为填料的复合材料，在适当配比下表现出优异的储能和制冷性能：在110 MV/m电场下，可恢复能量密度达4.26 J/cm3，较纯聚合物提升了20.34%，而效率保持在70.17%；同时在100 MV/m场强下，复合材料表现出显著的电热耦合制冷性能，有助于抑制电容器工作时温升，从而提升其运行稳定性。该研究从多场耦合的角度出发，通过界面工程实现了电热耦合与储能性能的协同优化，为发展适用于高功率、高可靠性电容器提供了新的设计思路与材料解决方案。
近年来，智能材料多场耦合力学团队长期从事智能材料、多场耦合实验方法和科研仪器设备研制，在多场耦合微观机理和性能提升方面开展了大量工作，发展了一系列多场耦合实验新方法和自主研制了相关科研设备。在Journal of the Mechanics and Physics of Solids、International Journal of Solids and Structures、Acta Materialia、Science Advances发表了一系列工作，获湖南省自然科学二等奖等荣誉。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202523520