多层结构三元复合聚丙烯薄膜储能密度提升

将马来酸酐接枝聚丙烯与纳米ZrO_(2)粒子共同构筑的三元复合聚丙烯薄膜作为外层,纯聚丙烯薄膜作为中间层,制备了不同纳米ZrO_(2)含量的多层结构三元复合聚丙烯薄膜,并对复合薄膜的理化性能和电气性能进行了测试分析。结果表明:纳米ZrO_(2)粒子在三元复合聚丙烯体系内具有良好的分散性,并且三元复合聚丙烯薄膜与纯聚丙烯薄膜之间的层间界面清晰。多层三元复合聚丙烯薄膜的结晶度相比单层纯聚丙烯薄膜显著提升。随着纳米ZrO_(2)含量的增加,多层三元复合聚丙烯薄膜的介电常数提高,而直流电气强度则先上升后下降,在纳米ZrO_(2)质量分数为1.0%时达到最大值(424.3 kV/mm),相应的储能密度也达到最大值(2.14 J/cm^(3)),相比于纯聚丙烯薄膜分别提高了10.6%和31.3%,并且介质损耗因数保持在与纯聚丙烯薄膜相同的10-3水平。三元复合聚丙烯和层间界面能够共同抑制异极性空间电荷的迁移,进而有助于改善介质内部电场分布,提高电气强度,同时降低由于电子迁移产生的介质损耗。

BNNS插层PVDF/BaTiO_(3)制备高储能密度复合电介质

具有快速储存与释放电能的静电电容器一直在船载逆变器、舰载飞机弹射装置、光伏/风力发电等能源领域行业有着重要的作用,提升电容器电介质材料的储能密度(Ue)可大幅加快该行业的发展。以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,引入钛酸钡(BaTiO_(3))陶瓷提升基体介电常数(ε_(r)),为了缓解引入高ε_(r)陶瓷造成复合材料击穿场强(E_(b))下降,通过氮化硼纳米片(BNNS)插层PVDF/BaTiO_(3)以制备三元复合材料。试验与仿真模拟发现,高绝缘BNNS能够实现复合材料E_(b)与ε_(r)的同步提升,在396 MV/m电场下获得9.7 J/cm^(3)的Ue,为缓解E_(b)与ε_(r)的矛盾与制备高储能密度电介质材料提供基础。

弹簧储能密度理论研究

近几年,面对环境污染和资源匮乏等问题的挑战,节能环保成为了全世界关注的焦点话题之一。储能再利用作为节能环保的有效途径之一,越来越受到人们的关注。储能密度作为衡量储能技术水平的最直观的指标,也成为了人们研究的主要问题。以弹簧为例,分析了压缩弹簧和拉伸弹簧在储能过程中的不同之处,给出了相应的计算过程。除此之外,着重对影响弹簧质量储能密度和体积储能密度各个因素进行了理论分析,给出了合理选择弹簧的理论依据。

高储能密度电容器

电容器是脉冲功率设备的重要储能元件,提高电容器的储能密度能有效地减小脉冲电源的体积。根据箔式结构电容器的缺点及其击穿机理,采用金属化膜和混合膜结构技术,研制出了两种高储能密度高压脉冲电容器,储能密度分别超过800J/L和500J/L。

电介质储能薄膜的研究现状及提高储能密度的方法

随着能源危机和环境污染问题的日益突出,新能源的研发是当前人们密切关注的重要研究领域之一。除新能源的收集外,能量的存储也日益受到人们的重视。常见的储能器件有电池、燃料电池、超级电容器和电介质电容器等。其中电池和燃料电池的能量密度高,但功率密度低;传统电介质电容器的功率密度高,但储能密度低;超级电容器的功率密度和能量密度介于电池和传统电容器之间。电介质电容器具有介电常数高、介电损耗低、功率密度高、充/放电速度快、工作电压/电流大、可靠性好、温度稳定性好等优点,已经被应用于脉冲功率器件领域。双轴拉伸聚丙烯(BOPP)已经实现了商业化应用。但电介质电容器固有的储能密度较低,限制了其应用范围。如何提高电容器的储能密度成为亟待解决的一个关键问题,也是目前人们研究的重点。与块体材料相比,薄膜电容器的耐压强度高,因此其储能密度高。本文的关注点就是无机储能薄膜的研究现状及提高其储能密度的方法。目前已经对储能薄膜开展了大量的研究,其结构体系有很多,如钙钛矿结构、铋层状结构、焦绿石结构、单金属氧化物薄膜等。其中钙钛矿结构薄膜是研究最早、最多的一类。目前,用磁控溅射或激光脉冲沉积制备的无铅钙钛矿结构薄膜的储能密度达100 J/cm 3以上。然而,由于薄膜制备方法多、工艺复杂,会产生很多因素影响其性能,特别是储能密度。薄膜工艺的可重复性和性能的稳定性是非常重要的。综合文献资料可知,提高储能密度的方法主要有:(1)元素掺杂或多相复合形成固溶体,可以提高极化和耐压强度,从而提高储能密度,该方法是一种比较简单易行的常见方法;(2)制备工艺的改进也可以提高薄膜的储能密度,改进的方法有退火工艺、局域场工程、取向、应力、电极等方面的调控;(3)叠层结构等异质结构界面调控是近年来兴起的一种提高薄膜储能密度的方法,已取得明显效果。本文概述了评价电介质储能特性的主要参数,简要介绍了电介质的分类,归纳了钙钛矿结构、焦绿石结构、氧化物结构等几类储能薄膜的研究现状,分析总结了提高薄膜储能密度的方法,最后对无机储能薄膜的发展趋势进行了展望,以期对无机储能薄膜的研发提供一定的参考。

2.7MJ/m^3高储能密度脉冲电容器的研制

为了研制高储能密度电容器,文中对影响电容器性能的关键技术进行了研究。建立自愈平台进行自愈试验,发现提高电容器层间压强可以减小自愈能量,从而提高电容器寿命。通过对分割膜边缘自愈和膜中自愈进行研究,根据电容器的工作场强确定了高储电容器中分割模块数,选择合适的浸渍剂种能密度类及浸渍工艺,提高电容器在高场强下的运行可靠性。根据以上关键技术,研制出了储能密度2.7 MJ/m3的高储能密度脉冲电容器,在工作电压6.6 kV、放电电流11.85 k A下,其寿命为850次。

复合材料飞轮结构与储能密度

为提高飞轮的储能密度,需采用合适的转子材料和合理的转子结构。复合材料与各向同性材料相比具有明显优势。多层转子结构突破了单层转子内外半径比的限制,可明显改善转子内部的应力分布,提高飞轮的储能密度。该文论述了复合材料飞轮储能密度的影响因素,对复合材料转子的应力分布作了定量分析,比较了单层和多层转子的特点,综合考虑飞轮设计的各种因素,提出了飞轮转子结构参数的设计方法。

高储能密度电容器复合介质材料的研究

对高储能密度电容器复合介质材料作了研究．在采用介电陶瓷／有机聚合物作复合介质材料的实验中，研究了复合材料的介电系数与组成成分的关系，研究发现，ε随陶瓷成分的增加而增大，并且存在一个临界组分，在此组分时，ε有突变．研究表明，用介电陶瓷与有机聚合物复合可制出储能密度较高的电容器介质材料．

高压大容量金属化膜脉冲电容器提高储能密度的工艺改进与试验研究

高能脉冲功率电源之储能器件即金属化膜脉冲电容器往往具有电压高、容量大的特点,而以现有的基膜材料和制造工艺,其相关产品的体积也普遍偏大,制约了新概念武器在更多中小型武器平台上的推广应用,因此开展提高脉冲电容器储能密度的理论分析和实验研究具有迫切的现实意义。为此,基于典型的双向拉伸聚丙烯薄膜(国产),通过改进金属电极、串联形式以及封装工艺,研究了提高其储能密度的优化方案,并在高压大电流循环浪涌条件下完成了试验验证。结果表明:在同等储能密度条件下,利用该优化方案生产的脉冲电容器较改进前寿命提高了41.7%;在同等寿命条件下,储能密度提高了13.8%,说明该优化方案具有可行性。

高储能密度常温相变含水石蜡储能微囊制备

采用固体石蜡和液体石蜡复合的方法，制备出常温固．液相变储能石蜡，DSC法测试表明：m（N体石蜡）：m（液体石蜡）=1：2时，复配石蜡固．液相变温度34．2℃，相变潜热34．0kJ·kg^-1，满足常温固-液相变需要。采用微乳化技术，将水稳定分散于常温固．液相变石蜡中，得到具有高储能密度的复合储能介质。通过设计采用膜乳化法制备微囊的装备，用海藻酸钠作为微囊壁材，制备得到粒度分布范围在6-26μm的球形储能微囊。储能密度测试结果表明：将水引入石蜡中后，微囊储能密度显著提高，W1／O初乳中含水10％（wt）制备的微囊较未含水微囊储能密度提高了近15倍。为相变材料的高储能密度化和微囊化，提供了新的途径和制备方法。

高储能密度低损耗介电高分子功能复合材料的研究进展

本文归纳和总结了高储能密度低损耗介电高分子复合材料的研究进展,主要包括全有机聚合物、陶瓷/聚合物高介电复合材料、纳米结构-陶瓷/聚合物高介电三相复合材料和多层复合结构薄膜的研究情况,同时分析比较了各种改性方法的优缺点。

高储能密度电感的设计

电感作为电感储能型脉冲电源的核心元件,其结构及参数直接影响脉冲电源的性能指标。电感设计的关键环节是获得最高的储能密度,Brooks线圈等高品质因数电感虽然具有高储能密度,但是由于在计算电感储能密度时,电感体积的计算方法不同,导致由给定材料绕制的Brooks线圈并不一定具有最高的储能密度。本文电感设计时基于空心平面螺旋型线圈,通过分析给定范围内的线圈参数,计算并寻找具有最高储能密度的电感。通过实验验证了该方法的准确性。最后,比较了该方法的寻优结果与Brooks线圈参数,验证了该方法在寻找高储能密度电感方面的优势。

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100Hz条件下高达456，击穿场强为60MV／m，储能密度达到了7．2J／cm^3，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（10^2～10^4 Hz）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。

高储能密度介电材料研的究进展

介绍了电介质材料储能密度的概念和测量方法,分别对陶瓷材料、聚合物材料和陶瓷-聚合物复合介电材料的研究进展进行了概述。在此基础上指出,在复相介电材料制备方法、组分优选、表面改性和加工工艺等方面进行深入研究是进一步提高电介质材料储能密度的有效途径。

高储能密度玻璃-陶瓷电容器内电极的研究

采用Na2O-PbO-Nb2O5-SiO2体系玻璃-陶瓷作为绝缘介质,以磁控溅射镀膜技术先在玻璃-陶瓷层表面形成金属膜,再用丝网印刷技术在金属膜上涂覆银浆形成组合式内电极,制备出多层结构高储能密度玻璃-陶瓷电容器,对比了单层内电极结构电容器的性能参数。结果表明:多层内电极结构既保证电容器电极面积不会因银浆烧结形成微孔而减小,又能从原理上有效提高电容元件的击穿强度,其储能密度提高到约8 J/cm3。

飞轮储能密度的理论预测与实验测试

飞轮储能密度是衡量转子材料结构技术水平的重要指标,分析了储能密度的计算方法和工程制约因素,提出了一种简要的工程计算方法,并应用于一文献所给出的飞轮结构的储能密度分析和校核。目前我国的实验飞轮线速度没有超过800 m/s,储能密度小于60 W·h/kg。

高储能密度玻璃陶瓷材料的研究进展

介绍了电介质材料储能密度的概念,综述了陶瓷及玻璃陶瓷用于储能介质材料的研究进展,重点分析了影响介质材料储能密度的若干因素,展望了玻璃陶瓷电容器在军事、混合动力汽车及生物医学上的应用前景,指出了今后高储能密度介质材料的发展方向。

基于涡簧的机械弹性储能技术及储能密度的提高方法

阐述了一种以涡簧为基本储能元件的机械弹性储能技术,提出了提高这种技术的储能密度的方法.对这种储能技术的基本工作原理做了详尽的论述,分析了涡簧在工作过程中的特点,描述了基本储能元件涡簧的储能和释能过程.根据这种储能技术的储能特点,论述了提高涡簧储能密度的方法.通过计算结果的对比,展示了使用这种方法前后储能元件储能密度的不同,并做了有限元分析,证明了这种方法的可行性.

碳纤维复合飞轮转子储能密度的优化研究

在介绍周向缠绕式和多层圆环结构两种不同碳纤维复合飞轮转子的结构特点后,给出这类飞轮的数学优化模型及应用有限元求解的优化设计方法。两种结构飞轮的优化实例和与钢制飞轮的对比表明,具有多层圆环结构的碳纤维复合飞轮各层间采用了不同的纤维铺设角并通过层间过盈量平抑应力峰值,因而具有最强的储能能力,储能密度达到1820.6 kJ/kg,用它替代传统的金属飞轮具有很大优越性。

Na0.5Bi0.5TiO3纳米线/PVDF复合材料的高储能密度

采用水热法制备了Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)纳米线,并系统地研究了NBT纳米线/PVDF复合材料的介电性能、铁电特性、阻抗谱对储能密度的影响,其中介电性能和铁电特性对提高极化强度有着重大意义,阻抗图对应着击穿性能,而极化强度和击穿强度决定了储能密度的大小.NBT纳米线通过多巴胺的表面改性改善了陶瓷颗粒在聚合物基体中的分散性和两者的相容性.从不同体积分数的NBT纳米线/PVDF复合材料可以发现4.5 vol.%NBT纳米线/PVDF纳米复合材料具有更高的介电常数(100 Hz时为20).0.5vol.%NBT纳米线/PVDF纳米复合材料在300 kV/mm电场下保持较高的储能密度(9.4 J/cm^3),该电场的电位移达到了14.93μC/cm^2.与NBT立方块/PVDF纳米复合材料相比,NBT纳米线/PVDF具有高的介电常数、低的介质损耗、高的击穿强度、大的激活能,最终获得了较高的储能密度.