電介質(zhì)能量存儲與轉(zhuǎn)換

介電材料的靜電電容器是一種容納電荷、存儲電能的器件，廣泛應用于電路中的隔直通交、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧、控制等方面，并由于其具有極高的功率密度（104~108 W/kg）而被廣泛應用于脈沖功率裝置（如醫(yī)療除顫器、工業(yè)激光器）中，尤其是隨著新能源的發(fā)展，在光伏/風力發(fā)電機并網(wǎng)、新能源電動汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。但是，相比于其它電能存儲與轉(zhuǎn)換材料（如電化學電容器、燃料電池），電介質(zhì)儲能密度較低，很多應用場景下需要構(gòu)筑體積笨重的電容器以獲得足夠的電容量。因此，迫切需要研發(fā)具有高儲能密度、高效率的電介質(zhì)儲能材料。

本研究室重點關(guān)注有機聚合物和無機陶瓷介電材料這兩類重要的電容器電介質(zhì)材料。它們表現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點。柔性的聚合物介電材料成本低、易加工、耐高電壓，但是介電常數(shù)低、熱穩(wěn)定性差；而無機陶瓷電容器有較高的使用溫度、介電常數(shù)較大，但是擊穿強度較低。

1、主要研究內(nèi)容：

1）聚合物基介電儲能材料：通過流延、熱壓等方法制備聚合物基電介質(zhì)薄膜材料，利用有機-無機納米復合、分層界面設(shè)計、聚合物分子結(jié)構(gòu)設(shè)計及化學改性等策略，探索偶極子活性、電擊穿行為、電導及力學等性能的調(diào)控原理，優(yōu)化介電常數(shù)、擊穿強度、絕緣等特性，探索實現(xiàn)常溫能量密度優(yōu)于商用電化學電容器的電介質(zhì)材料；結(jié)合新型耐高溫聚合物的設(shè)計、高熱導材料對熱穩(wěn)定性的優(yōu)化等方法，探索實現(xiàn)高溫>150 ℃下性能優(yōu)于商用BOPP室溫性能的可擴展、可小型化高溫聚合物基電介質(zhì)材料。

2）無機電介質(zhì)材料介電儲能：基于脈沖通電加壓燒結(jié)、脈沖激光沉積等方法分別制備無機陶瓷塊體及薄膜電介質(zhì)材料，基于界面、成分、電疇形態(tài)、微結(jié)構(gòu)等對順電、鐵電、反鐵電及其共存下的電極化特性（極化強度、操作電壓、廻滯大小、重復性、穩(wěn)定性等）的調(diào)控，優(yōu)化實現(xiàn)耐擊穿、高介電、高效率、長壽命的高儲能密度無機電介質(zhì)材料。

2、已取得的研究進展包括：

1）聚合物基介電儲能：

①通過控制熱化學反應動力學過程并摻入少量高熱導率的氮化硼納米片，獲得高性能、耐高溫PI-PAA基復合材料，在高溫電容器實際工作條件（150 °C, 200 MV/m）下，儲能密度達到~1.38 J/cm3（商用BOPP室溫性能的3.5倍），效率高于96%，且在經(jīng)歷20000次循環(huán)充放電測試以及35天高溫耐受性測試后儲能性能沒有下降。

②提出了一種普適的可行策略提高有機復合材料介電性能，即利用帶負電無機填料的局域反向電場抑制二次碰撞電子的產(chǎn)生，從而阻礙擊穿相的形成發(fā)展，進而提升擊穿場強和儲能密度?；诖?，制備出摻入少量帶負電的2維Ca2Nb3O10填料的PVDF、PS基復合材料，實現(xiàn)了擊穿場強與儲能密度的大幅提升。

2）無機介電儲能：

①利用磁控濺射技術(shù)制備了Au/SrTiO3/La0.67Sr0.33MnO3電容器，實現(xiàn)了SrTiO3/La0.67Sr0.33MnO3界面處離子互擴散對局域電場分布的優(yōu)化，結(jié)合界面處氧空位遷移造成的高界面勢壘降低了載流子注入，大幅提高了電容器的擊穿場強至660 MV/m和可循環(huán)能量密度至307 J/cm3，同時儲能效率依然高達89%。

②利用脈沖通電加壓燒結(jié)制備了具有納米晶粒結(jié)構(gòu)的(Na,K)(Sb,Nb)O3-SrZrO3-(Bi0.5Na0.5)ZrO3弛豫鐵電陶瓷，具有不同局域?qū)ΨQ性的極性納米微區(qū)由于相互競爭而在電場下只發(fā)生連續(xù)取向而不發(fā)生有效長大，從而降低了極化滯后，在高儲能效率~90%下實現(xiàn)了高儲能密度~13.1 J/cm3、高功率密度~700 MW/cm3和快速放電<40 ns。

相關(guān)知識

健康檢測方法、裝置、終端設(shè)備及存儲介質(zhì)與流程
冬天是孩子儲存能量的時期，常吃八道菜，有利于孩子儲存能量
健身環(huán)保一舉兩得 “綠動”把你的健身能量轉(zhuǎn)成電能
儲存免疫細胞=儲存“健康”，抓住細胞存儲黃金期，為生命備份！
清潔能源簡介.pdf
正確儲存嬰兒輔食
區(qū)塊鏈+共享儲能=？
DoqLei電子病歷簡介
輔食保質(zhì)期與儲存全攻略，新手爸媽必看
紅豆能冷凍儲存嗎多久

網(wǎng)址: 電介質(zhì)能量存儲與轉(zhuǎn)換 http://m.u1s5d6.cn/newsview729322.html