聚酰亚胺复合储能电介质材料研究进展

具有高击穿、低损耗、高柔性、低成本等优点的介电高分子材料在薄膜电容器产业中发挥着重要作用.然而,偏低的储能密度以及较差的热稳定性限制了其在高温工作环境中的应用.本文着重介绍了以聚酰亚胺为基体的介质储能材料及提高储能特性的研究方法,包括具有高介电常数、高绝缘特性的无机填料,多功能复合填料的结构和形貌对复合薄膜性能的影响以及界面微区特性的研究,并探讨了高温介质储能复合材料界面设计的未来研究方向.     

聚酰亚胺复合储能电介质材料研究进展

具有高击穿、低损耗、高柔性、低成本等优点的介电高分子材料在薄膜电容器产业中发挥着重要作用.然而,偏低的储能密度以及较差的热稳定性限制了其在高温工作环境中的应用.本文着重介绍了以聚酰亚胺为基体的介质储能材料及提高储能特性的研究方法,包括具有高介电常数、高绝缘特性的无机填料,多功能复合填料的结构和形貌对复合薄膜性能的影响以及界面微区特性的研究,并探讨了高温介质储能复合材料界面设计的未来研究方向.     

基于多层结构设计的聚合物复合薄膜储能性能研究进展

聚合物薄膜电容器具有功率密度高、释放瞬时电流大、成本低以及易加工等优点，在电气装备与电子器件中有着广泛应用。近些年，聚合物电容薄膜研究材料体系不断丰富，纳米/微纳米功能填料复合、聚合物分子链结构控制、介观/宏观多层界面设计等方法均显著提升了聚合物薄膜的放电能量密度和充放电效率。其中，基于多层结构设计的聚合物复合薄膜储能性能研究得到了极大关注。论文综述了具有多层结构聚合物储能介质研究领域的最新进展，系统地介绍了多层结构设计对复合薄膜极化、击穿和高温电导等特性的影响机制，并从纳米复合多层结构、全有机多层结构和耐高温多层结构3个方面总结提高储能性能的方法。最后，对基于多层结构设计的复合薄膜未来发展做出简要展望。     

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。     

高储能聚合物电介质材料研究进展

储能薄膜电容器因其功率密度高、工作电压高、自愈特性好以及可靠性高的优势，被广泛应用于智能电网、电动汽车和电力调节中。但聚合物电介质材料偏低的储能密度和较大的介电损耗限制了储能薄膜电容器的轻量化、小型化以及可靠性发展。文章综述了基于优化复合电介质材料高储能密度和低介电损耗的最新研究进展，涉及复合电介质材料的结构特性、介电性能、电气强度以及储能机理，比较和分析了提高聚合物电介质材料储能特性的几种常用策略，包括多组分无机填料共填充、纳米表面改性、多层结构复合、分子结构设计、薄膜表面沉积涂覆等方法对其储能特性的提升规律与调控机制，最后对高储能聚合物电介质材料的现存问题以及未来发展方向进行了总结与展望。     

高储能密度全有机复合薄膜介质材料的研究

电容器储能以其轻便、高效、环保等特点正在逐步引起人们的重视。为制备高储能密度的电容器介质材料,研究以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,以纳米尺度的导电聚苯胺(PANI)为填料,采用溶液法及后续的球磨工艺制备了高储能密度的全有机复合薄膜介质材料。研究了添加物含量、频率等因素对复合介质材料介电性能的影响。发现当PANI体积分数达到0.05时(略高于渗流阈值fC=0.041),复合薄膜的介电常数在100 Hz条件下高达456,击穿场强为60 MV/m,储能密度达到了7.2 J/cm3,与PVDF基体相比提高了3倍多。另外还发现即使在渗流阈值附近,复合薄膜介电性能仍具有一定的频率稳定性。介电常数在低频范围(102~104Hz)内基本保持不变。利用SEM对复合薄膜的表面形貌进行了分析,发现有机填料PANI粒子在PVDF基体内有很好的分散性。另外利用XRD分析了复合薄膜的晶体结构,发现该制备工艺条件下所得复合材料基体主要以β-PVDF形式存在,这有助于发挥PVDF基体的功能性。渗流阈值理论可用来解释介电常数随添加物含量和频率的变化规律。研究结果表明,该制备工艺可得到适用于较宽频率范围的高储能密度复合薄膜。     

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料，掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层，添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜，探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现，构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导，提高了充放电效率，且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度，其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm³，充放电效率高达96%，即使在150℃下，储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm³和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。     

全有机聚酰亚胺复合电介质薄膜储能特性的研究进展

聚酰亚胺（PI）因其优异的性能在新型高温储能电介质材料领域得到广泛关注。与无机/PI复合电介质材料相比，全有机PI复合电介质材料可以在获得高介电常数和高储能密度的同时保持优异的力学性能。本文首先讨论了影响聚合物电介质材料储能特性的关键参数，包括介电常数、介质损耗、击穿场强、储能密度、充放电效率和耐热性，然后分别从物理共混和化学共混两个角度分类介绍了影响全有机PI复合电介质材料储能特性的关键因素及发展动态，最后，对如何有效提升全有机PI复合电介质材料的高温储能特性问题进行了总结，并对其未来发展方向进行了展望。     

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。     

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%。