PVDF基复合介质膜的储能特性研究
发布时间：2022-01-12 15:34
储能电容器特别是静电薄膜电容器因为其超高的功率密度,快速充放电效率以及较高的工作电压,在军用和民用领域有着非常广阔的应用前景。高性能电介质聚合物材料是静电薄膜电容器的关键,要求其具有高介电综合性能、高稳定性和优异的成膜特性。但现有的聚合物材料储能密度较低,无法满足混合电动汽车、武器装备、航空航天等领域对小型化、轻型化和高性能化薄膜电容器的需求,这在一定程度上限制了静电薄膜电容器的发展与应用。以聚偏二氟乙烯（poly（vinylidene fluoride）,缩写为PVDF）基聚合物为代表的聚合物材料具备较高的柔韧性,高击穿场强以及高介电常数等优点,可作为首选介电材料满足储能领域的巨大需求。近年来,为了进一步提高聚合物的储能特性,科研工作者做了大量工作,研究发现,将具有高击穿场强的聚合物与高介电常数的陶瓷填料复合,制备性能优异的柔性纳米复合材料,是一种提升电介质材料储能特性的有效手段。基于此,本论文选用钛酸钡（barium titanate,缩写为BaTiO3）掺杂的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(poly（vinylidene fluoride-hexafluoropro...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电材料四种极化形式
电子科技大学硕士学位论文6的击穿强度。β为形状因子，用于分析数据的分散状况，其数值越高，代表材料的击穿场强数据分布越窄，可靠性越好。根据IEEE930-2004标准，电介质材料的击穿概率可由下式计算：=0.44+0.25×100%(1-9)式中，i代表将E按从小到大顺序排列后的第i个结果，n为测量的样品总量。数据处理过程中，计算log(-ln(1-Pi))与logEi值，并以logEi为自变量，对log(-ln(1-Pi))作图，将数据进行线性拟合得出形状因子β即直线斜率。如图1-2所示，取log(-ln(1-Pi))=0直线与拟合直线的交点，得到对应横坐标特征值，由此可计算材料特征击穿场强Eb。图1-2威布尔分布线性拟合储能密度储能密度Ue是评价电介质材料储能性能优劣最重要的参数，根据经典电磁学理论，介电材料的储能密度定义为材料单位体积内存储的电能，单位为J/cm3。以填充电介质的平板电容为例，储能密度与电介质在电场中的极化密切相关，在电场作用下，电介质材料逐渐发生极化。其极化程度可由电位移-电场强度曲线（P-E曲线）表示，如图1-3所示。电位移随电场强度的增大而增加，Dmax为最大电场强度下的电位移大校图中阴影部分面积为电介质材料的放电能量密度，即储能密度Ue，可由下式表示：=∫0(1-10)显而易见，储能密度表示为电位移对电场强度的闭积分，由公式(1-7)，可得到
第一章绪论7非线性电介质材料的储能密度计算公式：=∫00(1-11)由上式可以看出，介电材料的储能密度主要与和E有关。对于线性电介质材料而言，公式可以简化为：=1202(1-12)式中，储能密度与材料的相对介电常数成正比，与击穿场强的二次方成正比，显而易见，对于提升线性电介质材料，增加击穿场强大小可快速提升储能密度。图1-3电介质材料电位移-电场强度变化曲线除了储能密度Ue，考量介电材料储能性能的参数还有储能效率η，它由材料的放电能量密度和充电能量密度决定，图1-3中空白部分面积为材料在充放电过程中通过热等形式损失掉的能量Ul，充电能量密度可表示为两部分面积之和，则储能效率η可表示为：=+×100%(1-13)提升介电材料的储能特性，主要从材料的介电常数和击穿场强入手，要么增强介电材料在电场中的极化程度使得介电常数提升，要么增强材料耐击穿特性，使其在高电场强度下仍能够正常工作。通常介电材料在工程应用中，实际工作电压须低于其击穿电压，使介电材料不会因为过高的电场强度而被击穿，并保障电容器能够安全可靠地工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]添加Ni和Ag纳米颗粒对BaTiO3/PVDF复合材料击穿场强的影响[J]. 郑晖,刘晓林,窦晓亮,陈建峰. 复合材料学报. 2014(01)
[2]高介电常数的聚合物基纳米复合电介质材料[J]. 党智敏,王海燕,彭勃,雷清泉. 中国电机工程学报. 2006(15)
[3]聚偏氟乙烯-钛酸钡复合材料的介电性能[J]. 董丽杰,熊传溪,陈娟,刘起虹,王雁冰,任中奎. 复合材料学报. 2003(03)
[4]PVDF/改性BaTiO3复合材料介电性能研究[J]. 熊传溪,董丽杰,陈娟,刘起虹,王雁冰. 高分子材料科学与工程. 2003(01)
博士论文
[1]基于PVDF的全有机介电材料制备、结构与性能[D]. 李蕊.武汉理工大学 2010
本文编号：3585026
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电材料四种极化形式
电子科技大学硕士学位论文6的击穿强度。β为形状因子，用于分析数据的分散状况，其数值越高，代表材料的击穿场强数据分布越窄，可靠性越好。根据IEEE930-2004标准，电介质材料的击穿概率可由下式计算：=0.44+0.25×100%(1-9)式中，i代表将E按从小到大顺序排列后的第i个结果，n为测量的样品总量。数据处理过程中，计算log(-ln(1-Pi))与logEi值，并以logEi为自变量，对log(-ln(1-Pi))作图，将数据进行线性拟合得出形状因子β即直线斜率。如图1-2所示，取log(-ln(1-Pi))=0直线与拟合直线的交点，得到对应横坐标特征值，由此可计算材料特征击穿场强Eb。图1-2威布尔分布线性拟合储能密度储能密度Ue是评价电介质材料储能性能优劣最重要的参数，根据经典电磁学理论，介电材料的储能密度定义为材料单位体积内存储的电能，单位为J/cm3。以填充电介质的平板电容为例，储能密度与电介质在电场中的极化密切相关，在电场作用下，电介质材料逐渐发生极化。其极化程度可由电位移-电场强度曲线（P-E曲线）表示，如图1-3所示。电位移随电场强度的增大而增加，Dmax为最大电场强度下的电位移大校图中阴影部分面积为电介质材料的放电能量密度，即储能密度Ue，可由下式表示：=∫0(1-10)显而易见，储能密度表示为电位移对电场强度的闭积分，由公式(1-7)，可得到
第一章绪论7非线性电介质材料的储能密度计算公式：=∫00(1-11)由上式可以看出，介电材料的储能密度主要与和E有关。对于线性电介质材料而言，公式可以简化为：=1202(1-12)式中，储能密度与材料的相对介电常数成正比，与击穿场强的二次方成正比，显而易见，对于提升线性电介质材料，增加击穿场强大小可快速提升储能密度。图1-3电介质材料电位移-电场强度变化曲线除了储能密度Ue，考量介电材料储能性能的参数还有储能效率η，它由材料的放电能量密度和充电能量密度决定，图1-3中空白部分面积为材料在充放电过程中通过热等形式损失掉的能量Ul，充电能量密度可表示为两部分面积之和，则储能效率η可表示为：=+×100%(1-13)提升介电材料的储能特性，主要从材料的介电常数和击穿场强入手，要么增强介电材料在电场中的极化程度使得介电常数提升，要么增强材料耐击穿特性，使其在高电场强度下仍能够正常工作。通常介电材料在工程应用中，实际工作电压须低于其击穿电压，使介电材料不会因为过高的电场强度而被击穿，并保障电容器能够安全可靠地工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]添加Ni和Ag纳米颗粒对BaTiO3/PVDF复合材料击穿场强的影响[J]. 郑晖,刘晓林,窦晓亮,陈建峰. 复合材料学报. 2014(01)
[2]高介电常数的聚合物基纳米复合电介质材料[J]. 党智敏,王海燕,彭勃,雷清泉. 中国电机工程学报. 2006(15)
[3]聚偏氟乙烯-钛酸钡复合材料的介电性能[J]. 董丽杰,熊传溪,陈娟,刘起虹,王雁冰,任中奎. 复合材料学报. 2003(03)
[4]PVDF/改性BaTiO3复合材料介电性能研究[J]. 熊传溪,董丽杰,陈娟,刘起虹,王雁冰. 高分子材料科学与工程. 2003(01)
博士论文
[1]基于PVDF的全有机介电材料制备、结构与性能[D]. 李蕊.武汉理工大学 2010
本文编号：3585026
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