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我院姜胜林教授课题组在高储能密度聚合物基复合材料研究方面取得重要进展
发布时间:2017-4-14 11:02:06 作者: 来源: 点击率:

  与电化学储能器件(如: 蓄电池、超级电容器)相比,储能介质电容器,尤其是聚合物基薄膜电容器拥有超高的可释放功率密度、高的操作电压以及快速的充放电速率,在现代电力电子设备与国防武器装备中有着极为广阔的应用前景。目前,在汽车与航空航天等领域,对高功率密度介质电容器的应用提出了新的要求:在更低操作电场下获得高储能密度,从而使电容器占有空间与成本最小化。然而,传统的聚合物基薄膜电容器需要非常高的外加电场(一般大于4000 kV/cm)才能激发出高的能量密度(10 J/cm3)。双向拉伸的聚丙烯(BOPP)薄膜,是目前最好的商业化的介质电容器,尽管其介电击穿场强可以达到6000 kV/cm以上,但是由于其相对偏低的介电常数,使其只能释放出约2 J/cm3的储能密度。

  近期,针对聚合基复合介质材料难以在低电场下获得高储能密度这一难点,姜胜林教授课题组设计并制备了各向异性的BaTiO3纳米线填充P(VDF-CTFE)基复合材料,在2400 kV/cm低电场下获得了10.8 J/cm3高储能密度,这一性能优于当前报道的2500 kV/cm电场下的PVDF基复合材料。研究表明,借助能量最小原理,通过调整少量BaTiO3纳米线沿电场方向取向排列,利用各向异性的极化增强效应,可以在低电场下大幅提高复合材料的电位移,该材料在2400 kV/cm低电场下可以获得9.93 μC/cm2的高(Dmax-Pr)值,这是低场下获得高储能密度的关键。另外,通过介电理论模拟,证实了沿电场方向取向排列的纳米线填充的复合材料的介电常数远高于其它方式排列纳米线填充的复合材料,高介电常数是获得高电位移重要原因。

  该成果以论文形式发表于Journal of Materials Chemistry A (IF=8.262),论文题目为:“Enhanced energy density of polymer nanocomposites at a low electric field through aligned BaTiOnanowires”,并成为“HOT Article”。学院博士生谢兵为第一作者,姜胜林教授为通讯作者。

论文连接为:http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/ta/c7ta00513j

 

      

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