深圳先进院在电介质储能材料领域获进展,深圳

来源:http://www.020tL.com 作者:云顶集团官方网站 人气:194 发布时间:2019-09-22
摘要:近日,中国科学院深圳先进技术研究院汪正平、孙蓉带领的先进材料研究中心团队成功找到了一种可以大幅度提高复合材料介电常数的方法,同时在介电储能方面也有突出的性能。相关

近日,中国科学院深圳先进技术研究院汪正平、孙蓉带领的先进材料研究中心团队成功找到了一种可以大幅度提高复合材料介电常数的方法,同时在介电储能方面也有突出的性能。相关研究成果以Construction of a 3D-BaTiO3 network leading to significantly enhanced dielectric permittivity and energy storage density of polymer composites(《钛酸钡三维网络的构建极大地提高了聚合物复合材料的介电常数和能量储存密度》)为题发表于《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science,2017, DOI: 10.1039/c6ee03190k)。

云顶集团官方网站 ,近日,中国科学院深圳先进技术研究院汪正平、孙蓉带领的先进材料研究中心团队成功找到了一种可以大幅度提高复合材料介电常数的方法,同时在介电储能方面也有突出的性能。相关研究成果发表于《能源与环境科学》。

近日,中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所在电介质储能材料领域获得新进展。该研究通过对填料粒子的设计,将具有高介电常数的钛酸钡粒子与具有高击穿强度、高热导率的氮化硼纳米片进行结合,形成特殊结构的复合粒子,与聚合物复合后可显著提高复合材料的击穿强度和介电储能性能。相关论文以Significantly Enhanced Electrostatic Energy Storage Performance of Flexible Polymer Composites by Introducing Highly Insulating-Ferroelectric Microhybrids as Fillers(《高绝缘-铁电复合微粒显著提高柔性聚合物复合材料的静电储能性能》)为题发表在Advanced Energy Materials(《先进能源材料》,2018, 1803204)上。高级工程师罗遂斌为第一作者,研究员于淑会和孙蓉为通讯作者。

随着石化能源的快速消耗,催生了可再生能源的开发利用以及各种储能技术的发展。电介质储能技术具有异常快的能量转换速率,工作时间长以及环境友好等特点,已经在现代电子电力工业如可穿戴电子、混合动力汽车、武器系统等领域得到广泛应用。随着电子器件向小型化和高性能化方向的发展,迫切需要具有高储能密度的电介质材料。

石化能源的快速消耗,催生了可再生能源的开发利用以及各种储能技术的发展。电介质储能技术具有能量转换速率异常快、工作时间长以及环境友好等特点,已经在现代电子电力工业如可穿戴电子、混合动力汽车、武器系统等领域得到广泛应用。电子器件向小型化和高性能化方向的发展,迫切需要具有高储能密度的电介质材料。

电介质储能技术具有异常快的能量转换速率,同时具有工作时间长以及环境友好等特点,目前已经在现代电子电力工业如可穿戴电子、混合动力汽车、武器系统等领域得到广泛应用。随着电子器件向小型化和高性能化方向的发展,迫切需要具有高储能密度的电介质材料。

对于无机颗粒分散填充的聚合物基复合电介质材料,即使高介电的填料粒子体积含量高于50 vol%,复合材料的介电常数由于受制于聚合物的低介电而难以获得突破。基于此,深圳先进院电子功能材料小组于淑会、罗遂斌等人通过对复合材料的结构和制备方法进行设计,在聚合物体系中构建三维高介电网络,成功解决了聚合物复合材料介电常数难以提升的难题,在陶瓷填料含量仅为30vol%时,介电常数突破200,同时储能密度亦得到大幅提升。

深圳先进院电子功能材料小组于淑会、罗遂斌等人通过对复合材料的结构和制备方法进行设计,在聚合物体系中构建三维高介电网络,成功解决了聚合物复合材料介电常数难以提升的难题,在陶瓷填料含量仅为30vol%时,介电常数突破200,同时储能密度亦得到大幅提升。

为此,研究团队将氮化硼纳米片与钛酸钡纳米颗粒的分散液进行混合和抽滤后,在较高温度下处理,一定程度上熔融的BNNS将BT颗粒紧密包覆,形成复合颗粒BT@BN。结合氮化硼的高绝缘性和钛酸钡的高介电常数,降低PVDF复合材料的空间电荷密度和电流密度,增强钛酸钡的极化,获得击穿强度(PVDF基体的1.76倍)和电位移(580 kV/mm时电位移为9.3 μC/cm2)的显著提高,得到高储能密度(17.6 J/cm3, PVDF基体的2.8倍)电介质储能材料。

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(原载于《中国科学报》 2017-01-10 第4版 综合)

该研究工作得到国家自然科学基金、科技部、广东省产学研、先进院优青项目等资助。

图1 3D 钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备过程示意图;冷冻干燥后的BT-纤维素/环氧树脂横截面扫描电镜照片;3D 钛酸钡/环氧树脂复合材料横截面扫描电镜照片。

论文链接

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图2 钛酸钡/环氧树脂复合材料的介电性能及微观原理分析示意图。

BT@BN复合颗粒的制备流程示意图; BT@BN复合颗粒TEM照片; 复合材料击穿强度。

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