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研究|具有優(yōu)異儲能、熱性能的復(fù)合材料
日期:2019-08-04   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_zhangxiaoxiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:為了能源技術(shù)得到最大化的使用,科研工作者不斷的探索新型的復(fù)合材料,希望能最大程度的對能量進(jìn)行儲存,哈爾濱理工大學(xué)遲慶國教授研究團(tuán)隊(duì)就研發(fā)出一種兼具高儲能密度、高儲能效率與高熱導(dǎo)率的多功能型聚合物電介質(zhì)復(fù)合材料,為儲能介電材料的產(chǎn)業(yè)化開辟了新的途徑。

具有高儲能密度和高可靠性的柔性聚合物電介質(zhì)儲能器件在高能脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域有著不可替代的應(yīng)用。目前,科研工作者大多通過在聚合物基體材料中引入高介電無機(jī)填充相,以增強(qiáng)復(fù)合介質(zhì)的極化能力并改善其儲能性能。然而,摻雜高含量的無機(jī)填充相勢必嚴(yán)重劣化聚合物薄膜本征的柔順性、增加復(fù)合介質(zhì)的介電損耗,同時(shí)因基體與填充相之間的介電錯(cuò)配導(dǎo)致界面電場畸變嚴(yán)重和擊穿強(qiáng)度大幅降低。因此,探尋提高電介質(zhì)儲能器件能量存儲密度的有效策略是領(lǐng)域內(nèi)科研工作者的研究熱點(diǎn)。
 
近日,哈爾濱理工大學(xué)遲慶國教授研究團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)黨智敏教授合作,通過控制0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3(BZCT NFs)一維納米結(jié)構(gòu)的取向,調(diào)節(jié)BZCT-NFs與聚偏氟乙烯(PVDF)基體的相互作用,研究開發(fā)出一種兼具高儲能密度、高儲能效率與高熱導(dǎo)率的多功能型聚合物電介質(zhì)復(fù)合材料。相關(guān)成果以“Excellent energy storage performance and thermal property of polymerbasedcomposite induced by multifunctional one-dimensional nanofibersoriented in-plane direction”為題發(fā)表于國際著名期刊Nano Energy,第一作者是哈爾濱理工大學(xué)張?jiān)虏┦?,通訊作者為哈爾濱理工大學(xué)張?zhí)鞐澆┦?、遲慶國教授和清華大學(xué)黨智敏教授。
 
 
(a)溶膠-凝膠法在BZCT-NFs表面覆蓋一層納米非晶硅相,(b1)BZCT-NFs和BZCT@SiO2-NFs的XRD圖,(b2)BZCT-NFs和BZCT@SiO2-NFs的FTIR光譜圖,(c1)BZCT-NFs和(c2)BZCT@SiO2-NFs的SEM圖,(d1)BZCT@SiO2-NFs的TEM和(d2)EDS圖,(e)復(fù)合材料XRD圖
 
該實(shí)驗(yàn)工作設(shè)計(jì)了具有多功能的無機(jī)納米纖維填充相,并利用靜電紡絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無機(jī)填充相的取向分布。在增強(qiáng)界面極化提高復(fù)合介質(zhì)極化強(qiáng)度的同時(shí),有效緩解了界面電場畸變,使得擊穿強(qiáng)度大幅提高;同時(shí),填充相取向分布實(shí)現(xiàn)了復(fù)合介質(zhì)呈現(xiàn)各向異性導(dǎo)熱特性,大幅提高了復(fù)合介質(zhì)的面內(nèi)熱導(dǎo)率。
 
常見聚合物電介質(zhì)的儲能密度和擊穿強(qiáng)度比較
 
通該工作實(shí)驗(yàn)方法,3 vol%填充下BZCT@SiO2-PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)提高至15.8,在10 Hz時(shí)介電損耗僅為0.03,擊穿強(qiáng)度可達(dá)576 kV/mm(β~17.4),同時(shí),放電能量密度明顯增加~18.9 J/cm3,效率顯著提高η~53.3%。在平面方向上排列的BZCT@SiO2-NFs增強(qiáng)了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性,賦予聚合物復(fù)合材料優(yōu)異的散熱性。該工作不僅為制備性能優(yōu)異的聚合物介電納米復(fù)合材料提供了新的思路策略,也為儲能介電材料的產(chǎn)業(yè)化開辟了新的途徑。
 
原標(biāo)題:哈爾濱理工大學(xué)遲慶國教授課題組“具有優(yōu)異儲能、熱性能的一維納米纖維平面定向誘導(dǎo)聚合物基復(fù)合材料”
 
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來源:介電高分子材料
 
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