高绝缘-铁电复合微粒显著提高柔性聚合物复合材料的静电储能性能
发布日期：2019/2/21
近日，中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所（筹）在电介质储能材料领域获得新进展。该研究通过对填料粒子的设计，将具有高介电常数的钛酸钡粒子与具有高击穿强度、高热导率的氮化硼纳米片进行结合，形成特殊结构的复合粒子，与聚合物复合后可显著提高复合材料的击穿强度和介电储能性能。相关论文以Significantly Enhanced Electrostatic Energy Storage Performance of Flexible Polymer Composites by Introducing Highly Insulating-Ferroelectric Microhybrids as Fillers（《高绝缘-铁电复合微粒显著提高柔性聚合物复合材料的静电储能性能》）为题发表在Advanced Energy Materials（《先进能源材料》，2018, 1803204）上。高级工程师罗遂斌为第一作者，研究员于淑会和孙蓉为通讯作者。
电介质储能技术具有异常快的能量转换速率，同时具有工作时间长以及环境友好等特点，目前已经在现代电子电力工业如可穿戴电子、混合动力汽车、武器系统等领域得到广泛应用。随着电子器件向小型化和高性能化方向的发展，迫切需要具有高储能密度的电介质材料。
为此，研究团队将氮化硼纳米片（BNNS）与钛酸钡（BT）纳米颗粒的分散液进行混合和抽滤后，在较高温度下处理，一定程度上熔融的BNNS将BT颗粒紧密包覆，形成复合颗粒BT@BN。结合氮化硼的高绝缘性和钛酸钡的高介电常数，降低PVDF复合材料的空间电荷密度和电流密度，增强钛酸钡的极化，获得击穿强度（PVDF基体的1.76倍）和电位移（580 kV/mm时电位移为9.3 μC/cm2）的显著提高，得到高储能密度（17.6 J/cm3, PVDF基体的2.8倍）电介质储能材料。
该研究工作得到国家自然科学基金、科技部、广东省产学研、先进院优青项目等资助。
(a) BT@BN复合颗粒的制备流程示意图；(b) BT@BN复合颗粒TEM照片；(c) 复合材料击穿强度。
来源：深圳先进技术研究院
