金属化膜电容器研究进展

金属化膜电容器是脉冲功率系统广泛使用的储能器件,具有储能密度高和可靠性好等特点。文中介绍高储能密度金属化膜电容器关键技术的研究进展。结合金属化膜自愈特性的研究,提出自愈性能优化方法;研究电容器的泄漏特性,提出导致高储能密度电容器电压下降的原因有薄膜体积泄漏和松弛极化效应,研究表明松弛极化效应是主要因素;分析影响电容器通流能力的主要限制性因素;研制出的高储能密度电容器储能密度达到2.7 MJ/m3,寿命大于850次。     

面向智能配电网可信量测装置高储能密度的电力电容器介质Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)O_7(BZN)薄膜材料制备

随着配电网向着可靠性、稳定性、安全性和交互性方向的发展,其对电力电容器的储能性能提出了更高的要求。为制备高储能密度的电力电容器用介质材料,利用磁控溅射技术在Pt-Si基底上制备Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)O_7(BZN)薄膜,通过在氧气氛中进行后退火处理,有效地提高了BZN薄膜的结晶性能,并对不同退火条件下BZN薄膜的介电常数、介质损耗因数、漏电流密度、击穿场强和储能密度进行测试分析,表明:氧气氛退火处理能提高BZN薄膜的电学性能,当在10 000 Pa以上的氧气压下退火后,BZN薄膜的储能密度达到9.0 J/cm~3左右,提高到未经过退火BZN薄膜的4.5倍。     

本体聚合PMMA基复合介质膜的储能特性研究

目前有机薄膜电容器中的介质材料多为线性电介质,这类聚合物的介电常数通常较低,造成电容器储能密度普遍偏低,而新型高储能聚合物介质材料一般又存在介质损耗高的问题。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与高储能含氟聚合物的相容性较好,常被用来改善后者的力学和击穿性能,但市售的PMMA存在本征介质损耗过高的问题。为了降低PMMA的介质损耗,本文用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与苯乙烯(St)合成MMA-St共聚物(MS),将不同比例的MS掺入本体聚合的PMMA中形成复合体系,并研究复合体系的介电特性、储能特性及绝缘特性。结果表明：该复合体系可以显著降低PMMA的介质损耗,相较于PMMA更适合作为高储能聚合物的改性材料。其中复合10%MS的介质膜在5 500 kV/cm电场下获得了5 J/cm³的放电能量密度,充放电效率达到83%。     

高储能密度脉冲电容器的研究

介绍了高储能密度电容器研究的发展及现状 ,讨论了复合介质薄膜、分割电极金属化膜和复合喷金层技术等新的研究方向。研究表明 ,优化结构设计、选择合适的介质膜(如金刚石复合膜 )及改善端部的接触 (如增大喷金与电极的接触面及改善电场分布 )可有效地提高电容器的性能及寿命 ,储能密度 2～ 3k J/ L 的电容器可望投入使用。     

铁电聚合物基纳米复合电介质储能材料研究进展

高储能密度聚合物基复合电介质材料在电容器领域具有很高的应用价值,目前很多研究集中在本身具有较高的介电常数的铁电材料上。通过探讨铁电聚合物基纳米复合电介质材料储能理论、电极化特性、充放电效率等与储能密度密切相关的性能,深入分析了复合电介质材料的储能机理并提出了下一步的发展方向。并进一步讨论了目前铁电聚合物基复合电介质材料的主要制备策略,包括纳米填料表面修饰改性、多相共混复合和多层结构调控以及由此实现的介电性能和储能密度的提升。     

电池-超级电容器混合储能系统设计

传统的单一储能元器件较难同时具备高能量密度、高功率密度两项优势。为提升储能系统的综合性能，延长系统中各储能元件的使用寿命，设计了电池-超级电容器混合储能系统。以电池 超级电容器的混合储能系统为例，采用Buck-Boost控制器作为充放电保护，提出了电流电感双闭环控制策略。最后，对电池-超级电容器的混合储能系统设计的系统进行了仿真实验测试，结果表明该混合储能系统能在发电过程中避免电池的频繁充放电，有效提高系统效率，对延长元件的使用寿命具有一定的促进作用。     

非对称型电化学超级电容器的研究进展

非对称型电化学超级电容器是一种介于超级电容器和二次电池之间的新型储能元件,它同时具备超级电容器和二次电池的特性,即高的比能量和比功率、良好的快速充放电能力和循环性能。综述了非对称型电化学超级电容器的工作原理和研究进展。     

高效率多硫化钠/溴储能电池的研究

采用高温还原的方法制备了多硫化钠/溴储能电池负极用Ni/C催化剂,Ni/C、Pt/C分别是多硫化钠/溴储能电池负极和正极性能良好的电催化剂。系统地研究了Nafion膜的厚度、电催化剂含量、操作条件对电池充放电性能的影响。采用较厚的膜,电池性能稍微降低,但可减少阴离子的渗透。这种新型储能电池放电时功率密度达到0 7W/cm2(U=1 0V)。循环性能研究表明:采用较厚的膜,电池的充放电性能好,性能衰减很小,在100mA/cm2充放电,电压效率达到86 7%。     

航空、航天用高储能密度电容器的研究进展

随着航空、航天技术的迅速发展,要求电容器的自身重量愈来愈轻,体积愈来愈小,储能密度愈来愈大。航空及航天所用的电容器基本上可以分为四种类型,即(一)脉冲整形网路(PFN,Pulsed Forming Networks)中的高重复率电容器;(二)脉冲整形纲路中低重复率电容器;(三)高压滤波电容器;(四)串联谐振变换器所用的高频交流电容器。为了使这些电容器达到重量轻、体积小、储能     

恒功率充放电条件下的锂离子电容器循环性能

锂离子电容器循环寿命长,现场应用数据积累少,掌握其在恒功率充放电条件下的循环性能对于有效评估其健康状态、推动其在电力储能中的应用至关重要。为此,开展不同充放电功率(90~270 W)、工作温度(25~45°C)和充放电深度(25%~100%)下锂离子电容器循环性能的测试,以研究三者对锂离子电容器循环性能的影响。测试发现,在恒功率充放电条件下,锂离子电容器循环性能衰减呈现近似线性的变化规律,在适宜的工作条件下(额定充放电功率范围内、温度不高于45℃、充放电深度不高于50%)恒功率充放电时,充放电深度是最主要的影响因素,充放电深度越大,放电能量衰减越快;当超出适宜工作条件时,充放电功率、温度和充放电深度均会造成锂离子电容器加速老化,充放电功率越大,工作温度越高,其性能衰减越快。为实现锂离子电容器寿命的快速评估,建议在100%充放电深度、2~3倍额定功率、适当的高温(45°C)条件下开展锂离子电容器加速老化寿命测试。     

电容器级新型储能电介质的储电性能研究

在电容型储能脉冲功率电源中,脉冲电容器的储能密度直接影响脉冲功率电源和脉冲功率系统的小型化发展.目前,脉冲电容器的介质材料多采用双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP),其储能密度很难进一步提升,因此需要研究新型电容储能材料,以提高电容器的储能密度.本文以电容器用储能电介质为研究对象,对聚合物基无机纳米复合电介质(PVDF/Ti...     

聚合物基复合薄膜的高温储能性能研究进展

聚合物薄膜电容器具有功率密度大、安全性高、绝缘性好等优点而被广泛应用在工程领域。近年来,随着新能源交通、清洁能源并网、油气开采等领域对具有优异高温储能特性的介电薄膜电容器需求日益增加,高温、高电场等极限条件下介质薄膜电容器的储能受到越来越多的关注,相关研究已成为电工材料领域的研究热点。该文总结近年来有关聚合物基复合薄膜的高温储能研究进展。首先,介绍决定电介质材料高温储能特性的关键参数,分析高温、高电场对相关参数的影响规律;其次,梳理基于不同空间层次设计的聚合物薄膜高温储能特性优化研究现状,从分子结构、微观结构、介观结构3个方面总结高温储能性能的调控方法;最后,对进一步提升聚合物薄膜的高温储能性能做出展望。     

混合电极与全膜电容器的金属化膜自愈特性

金属化膜电容器的工作场强高,故其储能密度很高,但因其电极通过喷金方式引出,故其通流能力差。箔式电容器的通流能力强,但不具有自愈特性,故其工作场强低,储能密度也低。混合电极电容器可以兼具两者的优点,能在较高的场强下工作并拥有较大的通流能力。为加深对混合电容器的了解,通过模拟混合电极电容器和全膜金属化膜电容器的工作状况,研究了混合电极中金属化膜的自愈特性。结果表明自愈能量随放电电流的增加而增大;自愈点的直径随放电电压的升高而增加;自愈能量和自愈电流与放电电容大小的相关性小;相同条件下,全膜电容器金属化膜的自愈能量要小于混合电极电容器金属化膜的自愈能量。     

Polarization and dielectric behavior of ac-aged polyethylene

High field polarization and dielectric relaxation behavior have been used to study the aging mechanisms of crosslinked polyethylene (XLPE) and low density polyethylene (LDPE) aged at constant alternating electrical field stress in a humid environment at room temperature. For this study, the dielectric spectroscopy data in the frequency range of 10^-5 to 10⁶ Hz and their comparative analysis, have been used to provide electrical analog models of the aging. The dielectric data in the frequency range of 10^-5 to 5×10 ^-2 Hz were calculated from the desorption current, whereas bridge measurements provide the data in the frequency range of 10 Hz to 10⁶ Hz. In addition, thermal transient current and thermally stimulated discharge current measurements have been carried out in order to determine the polarization and space charge accumulation in ac aged polyethylene. A correlation has been observed in the behavior of polarization and dielectric relaxation in the present work. The dielectric behavior of the XLPE cable samples and of the LDPE flat samples show a presence of both the inter-cluster (low frequency) charge exchange and the intra-cluster (high frequency) charge motion, the former mechanism becoming more dominant as the aging progresses. For the XLPE cable samples ac aged in a humid environment at room temperature, relaxation peaks obeying the fractional power law have been observed in addition to a quasi-dc process     

发展中的电化学电容器

详述了电化学电容器的特点:可高倍率充放电,充放循环寿命远大于可充电电池,它在充放电过程中产生的热效应小于电池充放电过程中产生的热效应。讨论了各种类型的电化学电容器:双电层电容器、吸附作用产生的准电容、混合电化学电容器、导电聚合物氧化还原超电容器和复合电极电化学电容器。阐述了超级电容器的各种应用;指出它是具有发展前景的一种能量贮存利用装置。     

Interpretation of short-circuit discharge current in filmcapacitors based on an equivalent circuit

Misfire phenomena in a discharge circuit composed of a capacitor and thyristor were investigated for operating frequencies to 198 Hz. Misfire was found to occur in polyethylene terephthalate (PET) capacitor circuits at low temperatures, whereas polypropylene (PP) capacitor circuits did not misfire under any conditions. Transient currents in the range 1 mA to 40 A were measured using a digital oscilloscope. A PET capacitor was shown to discharge initially with a given time constant, but subsequently discharge at a lower rate, extending the discharge period. It is this delayed gradual decay that causes misfire, and it is associated with residual charges trapped in the bulk of the PET film. The correlation between the transient discharge current and dielectric dispersion in PET and PP capacitors was investigated over a wide frequency range with the aid of the Debye model for dipolar polarization. It was found that the time dependence of the discharge current is related closely to the broad distribution of dipole relaxation time, with a discrepancy between the discharge current and the dielectric response attributed to charge trapping     

高储能密度脉冲电容器及固态脉冲形成线试验研究

基于玻璃-陶瓷材料PbO-SrO-Na_2O-Nb_2O_5-SiO_2(PSNNS)制作了脉冲电容器和固态脉冲形成线,其脉冲电容器在工作电压30 kV、放电电流2 kA、重复频率1 kHz下的短路放电寿命大于100万次,储能密度达到0.85 k J/L;制作的满银电极的固态脉冲形成线具有良好的矩形脉冲输出,输出电压脉冲半高宽为45ns。     

Analysis of the effects of end connection quality on the dielectric loss of metallized film capacitors

Plasma sprayed metal end connections of metallized film capacitors are the weak link for pulse power applications which involve discharge times of tens of microseconds and less. This problem will only get worse with increased capacitor energy density. The present contribution quantifies the relationship between the "quality" of the end connection and dielectric loss of the capacitor winding. The analysis suggests that even for very poor end connections, the effect on dielectric loss of the total capacitor is relatively small. This makes a low stress production test for end connection quality problematic since such tests can only show the total capacitor dissipation factor resulting from various factors.     

Dielectric properties, of metallized paper-film capacitors

A capacitor formed of fluid-impregnated paper metalized on one side and a polymer film results in a relaxation peak caused by the much more rapid polarization of the dielectric fluid impregnated paper relative to the polymer film. This results in the capacitance being a function of frequency, with a substantial increase in capacitance at very low frequencies. A theory for such a capacitor is developed and compared with measurements on actual capacitors with relatively good agreement. The implications of the theory for discharge current and discharge efficiency are discussed.     

对金属化膜电容器局部放电和自愈放电性能的初步研究

介绍了金属化膜电容器的局部放电和自愈放电特性,分析了两种过程的同异、其间的联系以及其对电容器介质性能的危害。指出对金属化电容器进行局部放电和自愈放电特性的测试是鉴别和改进产品质量的重要手段。