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提高脉冲电容器储能密度的新方法的研究

脉冲功率技术的发展需要能源系统小型化、轻量化。储能元件作为能源系统中占据最大比例重量与体积的部件,其储能密度的提高意义重大。在各类储能元件中,现阶段电容器因其较为成熟的技术而得到广泛的应用。根据不同的应用要求,脉冲储能电容器需有中压产品和高压产品。由于高击穿场强的有机膜难以做到3μm 以下,因此不能用于中压等级的高能密电容器。中压产品采用具有高介电常数与低击穿场强的陶瓷介质更为合适,而高压等级则用高击穿场强和低介电常数的金属化薄膜。本文针对提高这两类电容器的储能密度进行了一些创新性探索。本文从理论分析与试验研究两方面对陶瓷电容器进行了研究,结果表明只有采用X7R 类的铁电陶瓷制作的多层陶瓷电容器(MLC)才可满足数百J/L 的储能密度的要求。在改进配方、优化结构与工艺后,研制出的电容器可达到下列指标:电压等级500V-1000V,单片容量1μF-10μF,储能密度数百J/L,反峰70%-80%,重复频率1kHz,寿命107次。对  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)
中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)

柔性固态电容器电极的构建与性能研究

柔性固态电容器具有小型化、多功能化的优点,在储能器件、电力电子等方面具有广泛的应用,成为当前工业界和学术界关注的研究热点之一。已有研究表明,开发高性能、易于加工、轻质、柔性的电极材料,成为发展柔性固态电容器的核心任务。为此,本文以构筑结构新颖、性能优异的先进电极为目标,研究内容涉及超级电容器和介电电容器的应用背景。主要的研究工作和结果如下:首先,为提高固态超级电容器的散热能力,需要开发一种具备高导热和高性能的电极材料。为此,采用一步电化学沉积法,在柔性石墨膜(Graphite foil,GF)表面原位生长了“花状”三元钴镍硫化物(CoNi_2S_4,CNS)纳米片,制备了超级电容器用无粘结剂一体化电极(GF/CNS)。直接在高导热导电的石墨膜表面生长活性物质,形成传导的路径,不仅促进电子的迁移,有助于提高电化学性能;同时减少了界面热阻,有助于改善散热能力。因此,该GF/CNS电极展示出优异的导热系数620.1 W m~(-1)K...  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

一维纳米材料增强的高储能聚偏氟乙烯基复合材料的制备与性能研究

近年来,电子电气行业迎来了飞速发展,电子元器件朝小型化、轻量化及高度集成化方向发展,这对材料的综合性能提出了更高的要求。在诸多材料中,高性能的聚合物基纳米复合电介质材料因其巨大的应用前景而深受青睐。虽然前人为提升聚合物基纳米复合材料的综合性能做了很多工作,也取得了一定的成果,但依旧存在很多问题,比如纳米填料的选择、纳米填料在聚合物基体中的分散和界面结构对复合材料性能的影响等。为了解决上述问题,本文选取了性质更佳的一维纳米填料,详细对比了几种不同的一维纳米填料对复合材料电学性能的影响;然后采用简单易行的表面修饰手段对纳米填料进行改性,以增强填料与基体的相容性;最后系统地研究了不同的界面结构对复合材料性能的影响。首先,为了探究不同的一维纳米填料对复合材料电学性能的影响,本文采用水热和高温煅烧等方法成功制备了四种不同本征性质的纳米线,并基于这几种纳米线制备了具有高介电纳米复合材料。研究结果显示,含BaTiO3纳米线的复合材料的介电常数...  (本文共171页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京科技大学
北京科技大学

高储能密度电介质复合材料结构设计和制备

人类社会越来越依赖于电能,电容器作为能源应用系统中必不可少的元件之一,其重要性不言而喻。而电介质又是电容器中最重要的部分,其性能决定了电容器的特性。但薄膜电容器中的聚合物薄膜介电常数低导致薄膜电容器的储能密度难以得到进一步提高,所以在本文中我们主要探讨了高储能密度聚合物基电介质复合材料,得到的进展如下所示:1.利用一种高介电复合材料的经典体系:钛酸钡/聚偏氟乙烯(BT/PVDF)讨论了热处理对该体系的性能影响,发现可以显著地改善介电性能和耐电压能力,从而提高了复合材料的储能特性,在低的电场强度下(50 MV/m),就可以达到0.69 J/cm3的储能密度,是纯PVDF的4.93倍,同时充放电效率从6.36%提高到了 56.89%。2.利用离子液体(IL)来提高聚合物基体的介电性能,发现复合材料保持了优异的柔性,比如50 BP/PVDF在101Hz下的介电常数达到3.3X104,而介电损耗仅有0.65。研究表明介电性能改善的原因是...  (本文共110页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

钛酸钙基线性电介质陶瓷的储能特性

电介质电容器以电场的方式储存能量,具有超高的功率密度,是脉冲功率系统的核心储能元件。而随着脉冲功率器件的小型化、低成本化与安全化的发展,对电介质电容器的储能密度提出了越来越高的要求。本文选取钛酸钙基线性电介质陶瓷作为研究对象,系统地研究材料的微观结构以及界面结构对材料的介电强度与储能密度的影响规律。同时,深入探讨了电介质陶瓷的介电击穿机制。得到了如下主要结论:从第一性原理出发,研究了 CaTiO3与CaZrO3的晶体结构、电子结构和声子结构对材料本征介电强度的影响。相较于CaTiO3,CaZrO3具有更高的禁带宽度以及略低的声子截止频率,因而具有非常高的本征介电强度,然而其宏观的介电常数较低。CaTiO3与CaZrO3的本征介电强度分别为4.5MV/cm与9.0MV/cm,室温下理论储能密度分别高达152J/cm3与107J/cm3。结果表明,在CaTiO3的B位引入适量的Zr4+,预计可以提高材料的禁带宽度同时保证较高的介电常...  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

苏州大学
苏州大学

高储能密度云母纸-碳纳米管/氰酸酯多层结构树脂复合材料的研究

高介电常数聚合物基复合材料(High-k APC)凭借其低成本、易加工以及良好的可塑性,在储能、电子信息、新能源等领域具有巨大的应用潜力。随着电子器件向高功能化、微型化方向的发展,对高性能嵌入式电容器的需求激增,并成为了决定电子器件发展的重要因素。High-k是嵌入式电容器具有高性能的基础,其还应具有低介电损耗与高储能密度。与陶瓷/聚合物复合材料相比,导体/聚合物复合材料在低导体含量下获得高介电常数,但高介电损耗、低储能密度是其普遍存在的问题。因此,本文的研究工作主要围绕兼具高介电常数、低介电损耗及高储能密度的High-k APC的研究展开,主要包括以下两部分。首先,本文设计合成了两种三层结构复合材料,它们是由0.6wt%羟基化多壁碳纳米管(CNT)/环氧改性氰酸酯(CEP)树脂作为第1和第3层,CNT/CEP或CEP树脂浸润云母纸(MP)作为第2层,所制得的复合材料分别记为CNT/CEP-MPⅠ-CNT/CEP或CNT/CEP...  (本文共90页) 本文目录 | 阅读全文>>