华北电力大学杨旻昊/清华大学李琦、党智敏EES：面向高温电容储能表面离子化聚合物复合电介质的构筑|南屋科技能源学人平台 -

随着国家“双碳”目标的提出，构建以为主体的新型电力系统已成为国家意志。随着输电等级的提高，高电压大电流电工装备的绝缘问题日渐突出。金属化薄膜电容器是柔性直流输电换流阀厅的重要组件，同时也是电磁能装备电能供给系统和汽车电驱系统的核心组件。然而，当前电容器用聚合物电介质薄膜在高温和高电场作用下，电容性能急剧衰减，严重制约着我国电力、国防和汽车工业的发展。因此，提升电介质薄膜的高温储能特性和高温高场稳定性已成为电气工程、储能科学与工程和材料科学与工程等研究领域的热点。

近日，华北电力大学杨旻昊和清华大学李琦、党智敏教授团队合作，以抑制电介质薄膜在高温高场下的漏导损耗突增为研究核心，基于电介质薄膜体相和表面共优化策略，薄膜体相掺杂宽带隙氧化铝纳米颗粒来限制载流子在体相的迁移，薄膜表面离子化引入负电基团，利用静电排斥效应抑制电极电荷向薄膜内部的注入。研究发现，体表双因素促进作用下，电介质薄膜高温高场下的漏导损耗得到了显著抑制。基于此，电介质薄膜在200 ℃下可获得4.22 J/cm³的储能密度，充放电效率可达90%。该工作以“Surface ions-activated polymer composites dielectrics for superior high-temperature capacitive energy storage”为题发表于能源与环境领域国际顶级学术期刊Energy Environmental Science上。该研究得到了科技部国家重点研发计划储能与智能电网专项项目、国家自然科学基金重点基金和国家自然科学基金青年基金等项目的支持。

图1 电介质薄膜高温储能特性

Minhao Yang, Yanlong Zhao, Zepeng Wang, Huarui Yan, Zeren Liu, Qi Li, Zhi-Min Dang, Surface ions-activated polymer composites dielectrics for superior high-temperature capacitive energy storage,Energy Environ. Sci., 2024.

https://doi.org/10.1039/D3EE03644H

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2024-01-19