【摘 要】
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大功率应用在电子设备和电气系统中的兴起,促进了电介质储能领域对新一代高能量密度介质材料的需求。聚合物介质电容器由于其超高的放电功率密度,目前已被广泛地应用于高脉冲电源技术、新能源汽车、逆变器和电网等电子设备以及电力系统等相关领域。但聚合物介质电容器的放电能量密度相对较低,限制其在实际工程和设备中的小型化应用。为提升放电能量密度的同时保持较高的充放电效率,本文以高速定向纺丝工艺为基础,通过调控纳米填
【基金项目】
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黑龙江省自然科学基金（YQ2021E036）；
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大功率应用在电子设备和电气系统中的兴起,促进了电介质储能领域对新一代高能量密度介质材料的需求。聚合物介质电容器由于其超高的放电功率密度,目前已被广泛地应用于高脉冲电源技术、新能源汽车、逆变器和电网等电子设备以及电力系统等相关领域。但聚合物介质电容器的放电能量密度相对较低,限制其在实际工程和设备中的小型化应用。为提升放电能量密度的同时保持较高的充放电效率,本文以高速定向纺丝工艺为基础,通过调控纳米填料的结构和性质,制备多组聚醚酰亚胺（PEI）基复合介质。首先,通过溶胶凝胶法制备高介电常数锆钛酸钡钙(Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3,简写为BZCT)颗粒;其次,在其基础上通过溶胶凝胶法将BZCT颗粒嵌入钛酸钡（Ba Ti O3,简写为BT）纤维里形成核壳结构纤维（BZCT@BT）;再次,通过调节BZCT颗粒在BT纤维中的含量,分别得到纯BT纤维、BZCT颗粒在BZCT@BT纤维中含量为10 vol%的纳米纤维（10%BZCT@BT）、30%BZCT@BT、50%BZCT@BT纳米纤维。最后,以线性电介质PEI为基体,以BZCT@BT纤维为填料掺杂,通过高速定向纺丝和热压工艺得到BZCT@BT纤维填充的PEI基（BZCT@BT/PEI）复合介质。在填料含量为2 vol%时,50%BZCT@BT/PEI（2%-50%BZCT@BT/PEI）复合介质的介电常数为4.85,相较于纯PEI的3.1提升了56%。但在填料含量为0.5 vol%的10%BZCT@BT/PEI（0.5%-10%BZCT@BT/PEI）复合介质具有优异的放电能量密度6.66 J/cm~3,相比纯PEI放电能量密度4.06 J/cm~3提高了64%,并且保持着93.29%的高充放电效率。为进一步提升复合介质的储能密度,通过水浴法在BZCT@BT纤维的基础上包覆一层Si O2壳层,得到BZCT@BT纤维外包覆一层Si O2壳层的纤维（BZCT@BT@S）。以PEI为基体,以BZCT@BT@S纤维为填料掺杂,得到BZCT@BT@S/PEI复合介质。0.5 vol%填料含量的10%BZCT@BT@S/PEI（0.5%-10%BZCT@BT@S/PEI）复合介质,在530 k V/mm场强下,具有卓越的放电能量密度6.97 J/cm~3和高的充放电效率92.38%。总之,0.5%-10%BZCT@BT@S/PEI复合介质拥有更为卓越的综合储能性能。
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