实时•全面•专业

Prompt•Overall•Professional

学术研究

战略动态 > 学术研究

美国开发出新型高性能聚合物介电材料:有助于电力和混合动力汽车的开发

2016-10-20 169浏览 标签: 美国宾夕法尼亚州立大聚合物介电
研究背景

聚合物介电材料是用作高能电容存储设备的理想选择,因为它的质量轻,易于加工处理,并具有较高的介电强度。但这类材料有一个很大的不足,其性能随着操作温度的升高而急剧降低,这使得它们无法用于恶劣条件下的新能源产业应用中。近日美国宾州大学的一项研究有望改变这种状况,他们开发了一种三明治结构的聚合物纳米复合材料,具有极高的能量密度和功率密度,并且在150℃下拥有很高的充放电效率,远超现有的聚合物介电材料(例如双向拉伸聚丙烯薄膜BOPP),适用于电力和混合动力汽车。
研究内容

在一般的二维聚合物薄膜介电材料中,增加介电常数或者电场强度同保持介电材料稳定性以及充放电效率是矛盾的。电场越强,材料以热能形式泄露其中存储的能量的可能性就越高。宾州大学的研究人员开发了一种三明治结构,他们在外层聚合物基体中加入了氮化硼纳米片,这是一种优良的绝缘体,可以阻止电极电荷注入,防止介电击穿;而在中间层使用高介电常数的材料钛酸钡,可提高能源密度和功率密度。研究人员表示此种材料可以在高温下操作24小时经历超过30000次循环而不产生性能劣化。


研究人员用SSN-x表示此种三明治结构的纳米复合聚合物介电材料,其中x代表中心层钛酸钡纳米复合材料的百分数。将此种材料与BOPP对比可以发现,150℃下,SSN-x具有与70℃下的BOPP几乎一样的充放电能量,而SSN-x的能量密度是BOPP的好几倍,这使得SSN-x更适用于作为电动汽车和航空应用中的储能设备,因为它可以使电子器件的体积和重量大量减少同时还可以提升系统性能和稳定性。此外,这种新材料不使用BOPP所必需的笨重而昂贵的冷却装置,进一步降低了成本。


研究人员下一步的计划是同公司或者其他社会资源合作,进行过程加工研究以考察此种材料的量产前景。


图1. 氮化硼纳米片(用蓝白色原子显示)作为一种绝缘体用来保护钛酸钡中心层(用绿色和紫色原子表示)进行高温能量存储


研究意义


此项研究开发的聚合物介电材料具备高温工作能力,这是应对技术挑战,满足先进电子装置和电动系统需求的一项关键技术,可以有效满足电动汽车应用需求。可以说,这种高性能聚合物纳米复合材料为需要在严酷环境下运行的现代电子设备与电力模块提供了一个新的选项,很可能在飞机、脉冲系统中的电子电力设备上也有应用前景。



动态链接:http://news.psu.edu/story/421927/2016/08/22/research/ideal-energy-storage-material-electric-vehicles-developed


留言(0)