西安交大科研人员在聚合物储能电容器领域取得重要进展

2018-10-24

化石能源的快速消耗催生了可再生能源的开发利用以及各种能源存储技术的发展。聚合物储能电容器因具有高功率密度和快速充放电速率,可最大效率转化风能、潮汐能等间歇性可再生能源,在电子信息、航空航天、智能电网、混合动力汽车等领域具有广泛的应用前景。但由于大多数聚合物本身的低介电常数极大限制了其储存电能的能力并使其体积较大。目前,科学家们通常采用在铁电聚合物中加入具有高介电常数无机填料的方法来制备具有高储能密度的复合电介质材料,但高体积分数陶瓷颗粒的引入却会增大材料的能量损耗、降低其充放电效率和循环使用寿命。因此,如何开发具有高储能密度、高储能效率且可靠性良好的聚合物储能电容器已经成为一个亟需攻克的研究难点。

近日,西安交通大学功能材料研究中心汪宏教授课题组开发设计出一种具有高储能密度、高储能效率与优异稳定性的三明治结构全聚合物电介质储能材料。不同于传统的复合电介质材料,该工作在铁电聚合物中引入低介电常数聚合物层,形成三层构型。该工作系统研究了通过建立多个层间界面和调控构成聚合物比率在介电性能、宏观极化、储能以及快速充放电等方面的影响,从而成功实现了铁电聚合物的储能密度和储能效率的共同提高。最终,该材料获得了20.3J×cm-3的储能密度与84%的储能效率,这是目前报道的聚合物电介质材料中最优的综合储能性能。同时,该材料具有良好的充放电循环稳定性和机械耐疲劳性。这项工作表明了三明治结构铁电聚合物在电能存储应用方面的巨大潜力。

上述研究成果以“Multilayered Ferroelectric Polymer Films Incorporating Low-Dielectric-Constant Components for Concurrent Enhancement of Energy Density and Charge–Discharge Efficiency”为题在国际著名期刊Nano Energy(IF=13.12)在线发表。西安交通大学电信学院博士生陈杰为本文第一作者,汪宏教授为本文的通讯作者,西安交通大学为本文的第一署名单位,南方科技大学与美国宾州州立大学为本文合作单位。该研究工作是汪宏教授课题组在电介质储能领域多项研究成果发表在Advanced Materials,Advanced Functional Materials,Nano Energy,Journal of Materials Chemistry A等国际著名期刊后的又一重要成果。

该研究得到国家“973”项目、国家重点研发计划项目等的支持。



转载自http://news.sina.com.cn/o/2018-10-22/doc-ihmuuiyv7180038.shtml