西安交大在高溫有機薄膜電容介質材料研究領域取得重要進展

2020-12-05 騰訊網

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，在智能配網儲能、直流輸電、新能源汽車交直流變換等領域發揮了重要的作用。隨著功率型電力電子設備運行負荷的不斷增加以及小型化集成化的發展趨勢，薄膜電容的運行溫度將不斷升高。開發高儲能密度、高儲能效率、高運行溫度的有機薄膜電容對於進一步提高電網的穩定性和可靠性具有重要意義。圍繞上述需求，國內外學者開展了大量的研究，儘管在性能方面取得了重要突破，不過受制於成本、加工性和穩定可靠性等因素，開發的高性能薄膜電容材料往往難以實現工業化應用。

針對上述問題，西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室成永紅教授課題組從最常見的易加工、低成本的電介質材料環氧樹脂出發，通過研究環氧樹脂分子結構特徵、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，創新設計了非對稱聚醚胺-脂環胺分子鏈結構，並基於目前工業應用最廣泛的雙酚A型環氧樹脂合成了耐高溫柔性環氧薄膜。該薄膜不僅成本低廉、耐熱性能和機械性能優異，同時具備優異的儲能性能。環氧薄膜在工作場強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。經過充放電循環測試，證明該材料不僅能夠在120℃下長期穩定運行，還具備優異的擊穿自愈性能，確保其在工業應用中的穩定性和可靠性。

該研究工作以《非對稱脂環胺-聚醚胺分子鏈結構提高高溫聚合物薄膜電容的儲能密度》（Asymmetric alicyclic amine-polyether amine molecular chain structure for improved energy storage density of high-temperature crosslinked polymer capacitor）為題，在線發表在國際化學工程領域頂級期刊《化學工程》（Chemical Engineering Journal）（實時影響因子10.06），該工作第一完成單位為西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室新型儲能與能量轉換納米材料研究中心，博士生陳思宇為第一作者，孟國棟副教授、肖冰教授、吳廣磊教授和成永紅教授為共同通訊作者。

該項研究受到國家自然科學基金、中國博士後科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金等多個項目的支持。

來源 西安交大新聞網

論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123662

喜歡就點「在看」，開啟價值時刻！

相關焦點

  • 西安交大合成耐高溫柔性環氧薄膜電介質材料—新聞—科學網
    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，在智能配網儲能、直流輸電、新能源汽車交直流變換等領域發揮了重要的作用。隨著功率型電力電子設備運行負荷的不斷增加以及小型化集成化的發展趨勢，薄膜電容的運行溫度將不斷升高。為此，開發高儲能密度、高儲能效率、高運行溫度的有機薄膜電容對於進一步提高電網的穩定性和可靠性具有重要意義。但受制於成本、加工性和穩定可靠性等因素，開發的高性能薄膜電容材料難以實現工業化應用。
  • 西安交大科研團隊在柔性自支撐鐵性薄膜領域取得新進展
    隨著柔性電子技術的飛速發展，迫切需要集成更多的功能材料，尤其是無機非金屬材料，以實現極為豐富的功能。鈣鈦礦結構鐵性材料是一類具有介電、鐵電、壓電和磁電特性的多功能材料，在傳感、驅動、儲能、信息存儲與信息處理等領域具有廣泛應用。然而，由於存在晶界、晶格缺陷，以及氧化物離子/共價鍵自身較差的延展性，傳統鐵性材料通常表現出硬和脆的特徵，抗彎曲應變一般小於1%，難以與柔性聚合物材料兼容。
  • 西安交大在含鉍紫精衍生物領域研究取得重要進展
    有機光電材料因其具有可調的能隙和優異的氧化還原特性，在有機光電器件等領域具有重要的應用價值。作為一類特殊的有機光電材料，紫精類化合物是一種具有優異氧化還原特性的陽離子型有機分子。在施加電壓或光照條件下，可經歷兩步可逆的單電子氧化還原並伴隨著明顯的顏色變化。
  • 西安交大成立國際電介質研究中心
    中國日報網中國在線消息：8月28日，第一屆國際電介質中心全體理事會議在西安交通大學召開，中國科學院院士、美國國家工程院外籍院士姚熹，美國賓州州立大學L.Eric Cross教授及美國、加拿大、德國、日本等10多個國家和地區電介質研究領域的30多知名專家學者參會，大會授牌成立了國際電介質研究中心。
  • 西安交大在柔性鐵電領域取得新進展
    褶皺的形成主要利用硬質膜/彈性基體中薄膜與基體存在的熱膨脹差異，當膜/基複合體系受到外界影響（如力、溫度、溶劑等），可在表面形成壓應力，當應力達到臨界值後材料表面產生力學失穩而形成褶皺。基於褶皺的形成機理，薄膜層應具有較好的力學性能，因此目前褶皺薄膜層主要以高分子和金屬材料為主。很少有功能氧化物薄膜被應用於褶皺結構中，這極大限制了微納米尺度褶皺的應用範圍。
  • 西安交大科研人員在腫瘤細胞DNA編程計算分析領域取得重要進展
    5月21日記者獲悉，西安交大科研人員在腫瘤細胞DNA編程計算分析領域取得重要進展，相關科研成果登上國際化學領域權威期刊。腫瘤的發生、發展等進程是涉及多水平的複雜分子事件，與多種RNA、蛋白的異常表達密切相關。 同時，獲取多元組分的準確信息，並探究其潛在關聯對理解細胞功能、解析致病機制具有重要意義。
  • 中科院高介電常數薄膜材料研究取得進展
    《科學時報》訊（記者  張璋）日前，兩種高K薄膜材料：鋁酸鑭(LAO)和鑭鋁氧氮(LAON)公之於眾。作為二氧化矽的潛在替代品，兩種材料可使半導體器件的尺寸在縮小到65納米或更小時，繼續遵從「摩爾定律」，在對現有設備進行一定工藝流程改造後，生產出更小、更快的晶片。
  • 盤點西安交大近期6篇《科學》
    鐵電材料介紹　　鐵電材料是一種具有自發極化，且能夠實現機械能和電能轉換的功能材料，在磁電互調、機械驅動、壓力傳感和數據存儲等領域具有廣泛的應用。柔性電子技術正帶來一場智能可穿戴技術革命，而鐵電材料將在柔性電子領域將扮演重要角色。由於存在缺陷、晶界以及氧化物離子鍵/共價鍵本身延展性相對較小等問題，塊體鐵電氧化物表現出一定脆性和剛性。
  • 西安交通大學科研人員在大面積印刷有機太陽能電池研究領域取得重要進展
    有機太陽能電池因為其柔性、質輕、可以溶液法加工等特點長期以來受到廣泛的關注。得益於非富勒烯受體的快速發展，有機太陽能電池單節效率已經突破18%。然而目前高性能的器件大多通過實驗室中小面積旋塗成膜製備得到，為了進一步適應商業化應用的要求，發展大面積印刷加工技術迫在眉睫。狹縫擠出成膜結合卷對卷加工是最有望實現有機太陽能電池大面積印刷的技術。
  • 三峽大學在有機螢光材料領域取得重要進展
    近日，三峽大學精細化工團隊鄭開波副教授、張諾諾副教授和劉湘博士合作在有機螢光材料領域取得重要進展，創新成果以「用於檢測羰基(包括甲醛、一氧化碳和光氣）的螢光探針的研究進展（Recent progress in
  • 西安交大科研人員在超輕可壓縮碳化矽陶瓷氣凝膠研究領域取得進展
    自1931年氧化矽氣凝膠問世以來，陶瓷氣凝膠就以其低密度、高氣孔率、大的比表面積、優異的抗氧化性能和熱穩定性，在高溫隔熱、催化劑載體、過濾和輕質結構材料等領域展現出廣泛的應用前景。但是，傳統的陶瓷氣凝膠基本都是由氧化物納米顆粒構成，其實際應用往往受限於陶瓷材料的脆性和高溫下的體積收縮（氧化矽氣凝膠的尺寸穩定溫度在600oC以下）。而陶瓷材料的脆性是由於其強的結合引起的，若想改善其力學性能，必須從材料的微觀結構上下功夫。
  • 西安交大在光催化制氫領域取得新進展
    近日，西安交通大學電氣學院新型儲能與能量轉換納米材料研究中心《應用催化B》 （影響因子16.683）上，論文第一作者為電氣學院博士生毛思鰻，通訊作者為電氣學院石建穩副教授，該項研究工作得到了國家自然科學基金、陝西省自然科學基金、電力設備電氣絕緣國家重點實驗室自主研究課題資助，西安交通大學分析測試共享中心為該研究的表徵提供了支持。
  • 西交大在可穿戴醫療傳感領域取得重要進展
    打開APP 西交大在可穿戴醫療傳感領域取得重要進展 MEMS 發表於 2021-01-04 15:48:25 　　柔性可穿戴電子器件能直接貼在皮膚表面
  • 西安交大科研人員在弛豫鐵電單晶研究中取得重要進展
    為了進一步優化弛豫鐵電單晶的壓電性能以及探索新型高性能壓電材料，弛豫鐵電單晶高壓電效應的產生機理一直是鐵電、壓電材料領域研究的重要科學問題。普遍認為：弛豫鐵電單晶的高壓電效應與其特有的微觀結構，即極性納米微區（如圖1所示），有著重要的關係。然而，在近20年的時間中，雖然各國學者付出了巨大的努力，極性納米微區與壓電性能的關係仍然沒有明確。這也導致了近些年關於開發高性能壓電材料的研究工作進展較為緩慢。
  • 西安交大在工程化水凝膠可穿戴醫療傳感領域取得重要進展
    柔性可穿戴電子器件能直接貼在皮膚表面，實現人體生理信息的原位、實時及連續監測，在個性化醫療領域具有極其可觀的應用前景。研究人員提出了一種可完全溶液加工的電容壓力傳感結構，將GelMA作為核心介電彈性體，通過在其兩側設置一層輔助鍵合層（如PDMS層）來控制水分蒸發。通過將輔助鍵合層表面化學處理，並採用紫外光照射的方法來實現其與GelMA之間的化學鍵合，以增強器件結構堅固性、耐用性。
  • 西安交大在Lewis鹼催化環丙烷開環反應研究中取得進展-西安交通...
    目前，n-𝜎*活化模式主要涉及有機矽、錫、硫、硒和滷素等雜原子底物，而對於具有重要應用前景的碳碳單鍵的活化及催化反應研究非常欠缺並存在挑戰。 針對以上問題，西安交通大學理學院唐玉海教授領銜的研究團隊採用貧電子環丙烷作為底物，藉助其極性碳碳鍵及環張力的結構特點，發展其在Lewis鹼催化下以n-𝜎*模式實現碳碳鍵活化的有機催化反應，近期取得了重要進展。
  • 科研人員在大面積印刷有機太陽能電池研究領域取得重要進展
    不同於旋塗加工的溶劑快速蒸發成膜過程，加上剪切力的作用，印刷加工的成膜過程是個緩慢且複雜的過程，容易造成薄膜內部的結晶和相分離尺寸過大，從而降低器件性能。因此，如何調控印刷加工過程的聚集/結晶動力學獲得合適的結晶和相分離形貌是製備高性能印刷電池器件的關鍵。
  • 合肥研究院在有機半導體自旋傳輸研究中取得進展
    近期，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究人員在聚合物半導體的自旋流探測及其薄膜結構-自旋傳輸性能關係研究中取得新進展，相關研究成果在美國化學會(ACS)旗下期刊《ACS應用材料和界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)上在線發表。
  • 西安交大科研人員在水凝膠通用粘接領域取得重要進展
    將水凝膠與多種異質材料（例如金屬、陶瓷、彈性體、塑料和生物組織）結合在一起對於許多新興技術，如柔性電子、軟機器人、人機界面、藥物輸送和生物醫學等至關重要。近年來，MIT、哈佛大學等研究團隊在水凝膠軟溼界面粘接領域取得了突破性進展。但是現有的水凝膠粘接方法存在預處理複雜、方法局限性大等問題。
  • 中科大超導研究團隊在鐵基高溫超導體研究中取得重要進展
    中科大超導研究團隊在鐵基高溫超導體研究中取得重要進展 我校合肥微尺度物質科學國家研究中心和物理系中科院強耦合量子材料物理實驗室陳仙輝、吳濤等人組成的超導研究團隊近日在鐵基高溫超導體研究中取得重要進展