【編號(hào)】2023-66

【題名】摻雜改性PMMA/PVDF共混聚合物基復(fù)合介質(zhì)的儲(chǔ)能性能提升

【作者】張昌海，閆煒東，張統(tǒng)欽等

【機(jī)構(gòu)】哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院；許繼電氣股份有限公司柔性輸電分公司，高壓技術(shù)試驗(yàn)中心；哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械動(dòng)力學(xué)院

【刊名】復(fù)合材料學(xué)報(bào)（2023年07期）

【文摘】薄膜電容器在高壓輸電換流站、新能源汽車電驅(qū)動(dòng)控制器、電磁武器脈沖功率電源等電氣工程和電子器件領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。當(dāng)前薄膜電容器正向著高能量密度、耐電壓、耐高溫等技術(shù)方向發(fā)展，對(duì)電容薄膜的電氣性能提出了更高要求。本文選擇鐵電聚偏氟乙烯(PVDF)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混物作為儲(chǔ)能聚合物基體，以具有高介電常數(shù)的納米粒子BaTiO₃ 和具有高電子親和能的有機(jī)分子半導(dǎo)體[6，6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)作為摻雜相，綜合利用BaTiO₃ 的高介電特性及PCBM的捕獲電荷能力，提高復(fù)合介質(zhì)的極化強(qiáng)度與擊穿場(chǎng)強(qiáng)，顯著改善儲(chǔ)能性能。研究表明，單摻雜BaTiO₃ 時(shí)，摻雜含量為 3wt%時(shí)復(fù)合介質(zhì)綜合性能最優(yōu)；在此基礎(chǔ)上，隨著PCBM摻雜含量增大其儲(chǔ)能密度和充放電效率提升明顯。當(dāng)PCBM摻雜含量為 2wt%時(shí)，含有 3wt%BT的PMMA/PVDF復(fù)合介質(zhì)具有優(yōu)異的儲(chǔ)能性能，當(dāng)電場(chǎng)為 579.67kV/mm時(shí)，放電能量密度達(dá)到 15.60J/cm³ 且充放電效率為 75.30%。本文首次提出基于少量無(wú)機(jī)高介電協(xié)同有機(jī)分子半導(dǎo)體功能填料的聚合物薄膜儲(chǔ)能性能改性研究，通過(guò)加入少量的BaTiO₃，既避免了由于BaTiO₃ 含量過(guò)高而導(dǎo)致的絕緣性能下降問(wèn)題，又保證了BaTiO₃ 粒子對(duì)復(fù)合介質(zhì)介電常數(shù)和極化性能的提升。同時(shí)，為了進(jìn)一步改善因低介電常數(shù)基體與高介電常數(shù)BaTiO₃ 顆粒之間的電場(chǎng)畸變所導(dǎo)致的擊穿強(qiáng)度下降問(wèn)題，考慮在復(fù)合介質(zhì)中加入一定量的PCBM，利用PCBM強(qiáng)大的電子親和能力，在復(fù)合介質(zhì)中構(gòu)筑深陷阱以捕獲和束縛載流子，抑制載流子的遷移，提升復(fù)合介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，從而綜合提升了復(fù)合介質(zhì)的儲(chǔ)能性能，這為開(kāi)發(fā)儲(chǔ)能性能優(yōu)異的聚合物復(fù)合介質(zhì)提供了一種新思路。