電介質儲能材料領域獲進展

近日，中國科學院深圳先進技術研究院先進材料科學與工程研究所（籌）在電介質儲能材料領域獲得新進展。該研究通過對填料粒子的設計，將具有高介電常數的鈦酸鋇粒子與具有高擊穿強度、高熱導率的氮化硼納米片進行結合，形成特殊結構的複合粒子，與聚合物複合後可顯著提高複合材料的擊穿強度和介電儲能性能。相關論文以Significantly Enhanced Electrostatic Energy Storage Performance of Flexible Polymer Composites by Introducing Highly Insulating-Ferroelectric Microhybrids as Fillers（《高絕緣-鐵電複合微粒顯著提高柔性聚合物複合材料的靜電儲能性能》）為題發表在Advanced Energy Materials（《先進能源材料》，2018, 1803204）上。高級工程師羅遂斌為第一作者，研究員於淑會和孫蓉為通訊作者。

電介質儲能技術具有異常快的能量轉換速率，同時具有工作時間長以及環境友好等特點，目前已經在現代電子電力工業如可穿戴電子、混合動力汽車、武器系統等領域得到廣泛應用。隨著電子器件向小型化和高性能化方向的發展，迫切需要具有高儲能密度的電介質材料。

為此，研究團隊將氮化硼納米片（BNNS）與鈦酸鋇（BT）納米顆粒的分散液進行混合和抽濾後，在較高溫度下處理，一定程度上熔融的BNNS將BT顆粒緊密包覆，形成複合顆粒BT@BN。結合氮化硼的高絕緣性和鈦酸鋇的高介電常數，降低PVDF複合材料的空間電荷密度和電流密度，增強鈦酸鋇的極化，獲得擊穿強度（PVDF基體的1.76倍）和電位移（580 kV/mm時電位移為9.3 μC/cm2）的顯著提高，得到高儲能密度（17.6 J/cm3, PVDF基體的2.8倍）電介質儲能材料。

該研究工作得到國家自然科學基金、科技部、廣東省產學研、先進院優青項目等資助。

(a) BT@BN複合顆粒的製備流程示意圖；(b) BT@BN複合顆粒TEM照片；(c) 複合材料擊穿強度。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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