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新材料 >> 产业化项目
新材料
李倩 |
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储能电容器用电介质材料
项目负责人简介
      项目负责人:汪宏,讲座教授,国家杰青
      研究领域:电子陶瓷与器件、微波介质材料与器件、多功能纳米复合材料、介电测试技术。
      所属领域:电子信息材料与器件

      项目简介
      ►原理及先进性
      跟电化学储能器件(如:电池、超级电容器)相比,介电储能电容器具有更高的功率密度(超快充放电速度),可在高电压下工作、并具有全固态结构的优点。尤其是新能源汽车,对电容集成控制系统要求非常高,空间要小,损耗要低,电容量要大。因此,高储能密度聚合物基复合电介质薄膜成为介电储能电容器用的新型材料。
      复合材料宏观结构调控:储能密度达26.4J/cm3,充放电效率为72%
 
(a)三明治结构制备示意图,(b)多层复合材料储能密度,(c)模拟电树枝的发展,(d)逆三明治结构性能与其他多层结构材料性能对比,(e)模拟材料中电场分布与电树枝发展,(f)梯度机构制备示意图,(g)材料储能密度及放电效率,及(h)各层平均电场强度。
 
      复合材料微观界面调控:击穿场强提高81%,储能效率提高29%
(a)不同结构小分子修饰剂修饰纳米粉体示意图,(b)修饰后材料的储能密度,(c)调整修饰剂厚度示意图,(d)材料的击穿场强,(e)纳米粉体无机修饰示意图,(f)无机修饰后材料的极化强度的变化。
      Adv. Mater. 2015, 27, 6658; J. Mater. Chem. A 2017, 5, 4710; J. Mater. Chem. A 201 7, 5, 10849; Nano Energy, 2018, 44, 364-370. Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 6598-6605; ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 24168; Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 102903; Appl. Phys. Lett.  2014, 104, 082904; RSC Advances 2015, 5,64596; J Am Ceram Soc 2013, 96, 2519
      中国发明专利:ZL20150466130.9, ZL201210182048.X, ZL201110054346.6
      ►应用市场
      电介质静电电容器是重要的基础电子元件,同时也是广泛用于电子电力系统、能源系统等领域的储能器件。随着各国出台新能源相关政策以及新能源产业的发展,该领域的相关产业的发展也带来了新机遇,电容器作为必不可少的上游相关产品也获得了新的行业发展机遇。在新能源及新能源汽车运用中,电容器在能源控制、电源管理、电源逆变以及直流交流变换等系统中是决定变流器寿命的关键元器件。
      目前商用储能薄膜电容器用的电介质薄膜材料主要为双向拉伸聚丙烯( BOPP )薄膜,其储能密度为2J/cm3,放电效率80%左右。由于其储能密度较低,造成商用薄膜电容器体积较大,不利于器件和系统小型化。本项目研发的高储能密度电介质薄膜材料具有高储能密度(5J/cm3 )、低介电损耗(<1%)、高放电效率(80%)等特点,可有效减少薄膜储能电容器的体积和重量。