【摘 要】
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聚合物电介质广泛应用于电力电子和脉冲功率领域,普遍具有优异的常温储能能力,但是聚合物的热稳定性差,而下一代电容器中的聚合物电介质需要在极端条件下满足日益增长的电能存储和电力调节需求,所以在高温下的性能劣化无法满足需求。针对于此,本文采用耐高温线性介质PEI作为中间层,高绝缘性、宽禁带BN作为表面势垒层,构成BN-PEI/PEI/BN-PEI三明治结构聚合物基复合介质,实验变量为BN的粒径大小、BN
【基金项目】
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黑龙江省自然科学基金（YQ2021E036）；
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聚合物电介质广泛应用于电力电子和脉冲功率领域,普遍具有优异的常温储能能力,但是聚合物的热稳定性差,而下一代电容器中的聚合物电介质需要在极端条件下满足日益增长的电能存储和电力调节需求,所以在高温下的性能劣化无法满足需求。针对于此,本文采用耐高温线性介质PEI作为中间层,高绝缘性、宽禁带BN作为表面势垒层,构成BN-PEI/PEI/BN-PEI三明治结构聚合物基复合介质,实验变量为BN的粒径大小、BN在BN-PEI层中的体积分数,以改善PEI介电特性及绝缘性为目的,对BN-PEI/PEI/BN-PEI的室温、高温储能特性展开研究,最终获得较好的室温、高温储能特性。首先通过高速定向纺丝结合热压的方式制备纯PEI介质,探索PEI最佳热压温度,热压处理温度有180℃、190℃、200℃。其中PEI-190℃薄膜性能更优,在10 Hz下的介电常数为3.1,击穿场强（Eb）为482 k V/mm,放电能量密度（Ue）为4 J/cm~3,充放电效率（η）为96%,因此将本实验的热压温度设定为190℃。在此基础上采用逐层高速定向纺丝法制备BN-PEI/PEI/BN-PEI三明治复合介质薄膜,然后在190℃下进行热压形成致密薄膜。BN-PEI/PEI/BN-PEI（BN-2μm）复合介质（简称BPB-2）在BN-PEI势垒层中BN组分为5 vol.%时性能最好:在室温下,5 vol.%BPB-2复合介质的Eb为520.9 k V/mm,Ue为5.38 J/cm~3,η保持为96%;在100℃下,5 vol.%BPB-2复合介质的Eb为443 k V/mm,Ue为3.42 J/cm~3,η为90%;在150℃下,5vol.%BPB-2复合介质的Eb为333.8 k V/mm,Ue为2.23 J/cm~3,η为93%。BN-PEI/PEI/BN-PEI（BN-200 nm）复合介质（简称BPB-200）的BN-PEI层中BN粒径更小,BN团聚现象更少,5 vol.%BPB-200复合介质获得更优异的室温、高温储能特性:室温下,5 vol.%BPB-200复合介质Eb为584.4k V/mm,Ue为5.65 J/cm~3,η为96%;在100℃下,5 vol.%BPB-200复合介质Eb为458.4 k V/mm,Ue为3.63 J/cm~3,η为93%;在150℃下,5 vol.%BPB-200复合介质Eb为361.6 k V/mm,Ue为2.52 J/cm~3,η为95%。本文设计的BN-PEI/PEI/BN-PEI三明治结构利用BN的宽带隙,提高载流子势垒高度,抑制了载流子的注入,最终有效改善了PEI在室温、高温下的绝缘性,获取了较为优异的高温储能性能。
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