在人類社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中，能源的開發(fā)與利用扮演著至關(guān)重要的角色。在化石燃料日漸枯竭與環(huán)境問題日益突出的今天，開發(fā)環(huán)境友好的能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)能技術(shù)成為世界范圍內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。在眾多儲(chǔ)能器件中，聚合物基薄膜電容器具有最高的功率密度和最快的充放電響應(yīng)時(shí)間，目前已應(yīng)用于可再生能源轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存、混合動(dòng)力汽車等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)聚合物材料較低的儲(chǔ)能密度已不能滿足目前電子工業(yè)發(fā)展中對電子器件小型化和集成化的要求。
近日，西安交通大學(xué)汪宏教授課題組針對上述問題設(shè)計(jì)并制備了一種具有高儲(chǔ)能密度及高放電效率的三明治結(jié)構(gòu)BaTiO3/PVDF納米復(fù)合材料薄膜。研究表明，通過調(diào)節(jié)不同層中陶瓷填料的體積分?jǐn)?shù)，三明治復(fù)合材料薄膜的儲(chǔ)能特性可被大幅優(yōu)化提升，其耐擊穿場強(qiáng)與儲(chǔ)能密度分別提高為純聚合物材料的1.5倍和2倍。更為重要的是，該三明治BaTiO3/PVDF薄膜的放電效率在400 MV/m的高電場下仍可高達(dá)70%，這一性能優(yōu)于之前所有報(bào)道的三明治結(jié)構(gòu)陶瓷/聚合物復(fù)合材料。與此同時(shí)，結(jié)合有限元仿真結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)三明治層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)電場在各層中的不均勻分布，高介電層中的弱電場區(qū)對擊穿電樹枝的阻礙及電導(dǎo)損耗的抑制都發(fā)揮了重要作用，是三明治結(jié)構(gòu)薄膜高擊穿場強(qiáng)與高放電效率的關(guān)鍵來源。該研究工作為進(jìn)一步開發(fā)和利用高儲(chǔ)能密度介電材料提供了新思路。
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該成果發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A，論文第一作者為西安交通大學(xué)的在讀博士研究生王軼飛。
該論文作者為：Yifei Wang, Jin Cui, Linxi Wang, Qibin Yuan, Yujuan Niu, Jie Chen, Qing Wang, Hong Wang
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