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全球人口和經濟的快速增長加劇了與化石燃料廣泛使用有關的挑戰，包括嚴重的環境退化和資源枯竭。因此，探索和開發替代能源和可再生能源變得至關重要。然而，有效地利用、儲存、運輸和利用這些新能源現代電能存儲技術包括各種解決方案，包括電池、固體氧化物燃料電池（SOFCs）、飛輪、超導磁能量存儲（SMES）系統、電化學電容器（ECs）和介電電容器。Ragone圖通常用于對不同能量存儲裝置（ESDs）的能量和功率密度進行基準測試，突出了每種裝置的不同性能特征。值得注意的是，雖然SOFCs和電池依賴于化學反應來進行能量存儲，但介電電容器通過置換束縛電荷來起作用，這些特性使介電電容器特別適合從間歇性可再生能源中捕獲能量，其應用范圍涵蓋電力傳輸、電動汽車、國防系統、微電子、微波通信和醫療制冷器。

介質電容器中使用的固體介質材料可大致分為兩大類：有機聚合物和無機陶瓷。陶瓷薄膜電容器因其緊湊的尺寸而受到重視，由于其高介電常數（ε_r），通常用于功率器件和微電子器件，從而實現更大的能量存儲容量。然而，它們相對較低的擊穿強度（E_b）和固有的脆性限制了提高其儲能性能的努力。相比之下，具有高Eb但較低εr的聚合物材料提供了明顯的優勢，包括顯著的自修復性能、柔性和易于大規模制造。陶瓷填料與聚合物基質相結合的復合材料在儲能密度方面優于純聚合物和塊狀陶瓷，突出了它們在下一代電容器應用中的潛力。

本文首先介紹了儲能的基本原理，然后分析了微觀填料形態對宏觀性能的影響，并重點介紹了提高儲能性能的關鍵策略，通過詳細的實例闡述了提高儲能性能的各種方法，并指出了聚合物復合材料未來的研究方向。

本綜述探討了介電聚合物復合材料的最新進展，重點強調了填料分散這一關鍵挑戰，它直接影響到復合材料的均勻性和整體性能。我們根據尺寸、形狀和材料特性對納米填料進行分類，并討論了表面改性策略以減少填料與基質之間的介電失配。我們還探討了圍繞納米填料設計過渡層以改善填料與基質之間的相互作用并增強介電性能。此外，還研究了多層薄膜的空間結構，展示了層的排列如何優化電場分布和擊穿強度。最后，我們探討了開發用于電容器的高性能介電聚合物復合材料所面臨的重大挑戰，并概述了未來的研究方向，以提高可恢復能量密度、穩定性和可擴展性，從而滿足商業應用的需求。這篇綜述為致力于推進介電儲能材料發展的研究人員和工程師提供了寶貴的見解。

該工作以“Optimization strategies of filler morphology and spatial design in polymer nanocomposites for next-generation energy storage”為題發表于期刊Journal of Advanced Dielectrics上，杭州電子科技大學為本論文第一完成單位。杭州電子科技大學宋開新教授和哈爾濱工業大學王大偉教授為論文共同通訊作者。