介电电容器中的自修复：一种对新引入储能设计进行计算评级的通用方法

金属薄膜介电电容器可按需提供集中的能量。虽然各种电容器设计的容量在量级上相当，但其稳定性却存在差异。由于局部结构缺陷的不可避免存在，介电击穿（微放电）在电容器中经常发生。采用具有柔性结构的聚合物介电材料有助于获得更均匀的绝缘层。在现代技术水平下，器件使用过程中完全避免微放电是不可能的。每次微放电都会导致形成一条烟尘通道，经验表明该通道具有半导体行为。由于其导电能力，产生的烟尘通道会损害后续的电容器性能并减少存储的能量。烟尘在整个介电电容器中的积累最终会导致不可逆的整体失效。在介电击穿的背景下，自修复指一系列化学过程，这些过程自发地重新排列烟尘通道中的原子，以部分恢复其绝缘功能。我们开发了一种通用方法，能够对包括电极和聚合物材料及其比例在内的新电容器设计进行评级。我们发现，性能最佳的设计在微放电后会产生丰富的挥发性副产物，而烟尘样品则表现出较低的电子电导率。我们证明了该理论方法对已知电容器经验性能进行评级的能力。该方法依赖于各种电子结构模拟和势能面探索。所报道的进展为通过计算探索数千种假设的电容器设计开辟了一条令人印象深刻的途径。