記者9日從西安交通大學(xué)獲悉，該校電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室成永紅教授課題組通過研究環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)特征、宏觀電場下極化機制及高溫儲能性能三者的影響作用機制，創(chuàng)新的設(shè)計了非對稱聚醚胺-脂環(huán)胺分子鏈結(jié)構(gòu)，合成制出目前儲能密度最大值耐高溫柔性環(huán)氧薄膜，其相關(guān)研究成果以《非對稱脂環(huán)胺-聚醚胺分子鏈結(jié)構(gòu)提高高溫聚合物薄膜電容的儲能密度》為題，近日在國際化學(xué)工程領(lǐng)域頂級期刊《化學(xué)工程》在線發(fā)表。


有機薄膜電容因其超快的充放電速度、極高的功率密度、高工作電壓、低損耗等特點，成為重要的功率型儲能器件，在智能配網(wǎng)儲能、直流輸電、新能源汽車交直流變換等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。隨著功率型電力電子設(shè)備運行負荷的不斷增加以及小型化集成化的發(fā)展趨勢，薄膜電容的運行溫度將不斷升高。開發(fā)高儲能密度、高儲能效率、高運行溫度的有機薄膜電容對于進一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。圍繞上述需求，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究，盡管在性能方面取得了重要突破，不過受制于成本、加工性和穩(wěn)定可靠性等因素，開發(fā)的高性能薄膜電容材料往往難以實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

西安交大成永紅教授課題組針對這一領(lǐng)域的現(xiàn)狀，從最常見的易加工、低成本的電介質(zhì)材料-環(huán)氧樹脂出發(fā)，通過研究環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)特征、宏觀電場下極化機制及高溫儲能性能三者的影響作用機制，創(chuàng)新的設(shè)計了非對稱聚醚胺-脂環(huán)胺分子鏈結(jié)構(gòu)，并基于目前工業(yè)應(yīng)用最廣泛的雙酚A型環(huán)氧樹脂。該薄膜不僅成本低廉、耐熱性能和機械性能優(yōu)異，同時具備優(yōu)異的儲能性能。環(huán)氧薄膜在工作場強550 MV/m、儲能效率90%下的儲能密度達到了9.12 J/cm3，是目前已知純聚合物薄膜在相同電場和儲能效率下的儲能密度最大值。經(jīng)過充放電循環(huán)測試，證明該材料不僅能夠在120℃下長期穩(wěn)定運行，還具備優(yōu)異的擊穿自愈性能，確保其在工業(yè)應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。