【摘 要】
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聚合物薄膜电容器具有功率密度大、安全性高、绝缘性好等优点而在电气工程领域具有广泛应用。然而,在强电场或高温等极端条件下,聚合物介质薄膜的储能性能严重劣化,改善储能介质的高温性能已成为领域内的研究热点。本文选择具有线性极化性质的聚醚酰亚胺（PEI）薄膜作为基本储能单元,通过聚合物薄膜的结构设计优化来降低高温电导损耗,进而改善高温储能性能。选择宽禁带氮化硼纳米片（BNNS）和氧化镁（MgO）作为无机功
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聚合物薄膜电容器具有功率密度大、安全性高、绝缘性好等优点而在电气工程领域具有广泛应用。然而,在强电场或高温等极端条件下,聚合物介质薄膜的储能性能严重劣化,改善储能介质的高温性能已成为领域内的研究热点。本文选择具有线性极化性质的聚醚酰亚胺（PEI）薄膜作为基本储能单元,通过聚合物薄膜的结构设计优化来降低高温电导损耗,进而改善高温储能性能。选择宽禁带氮化硼纳米片（BNNS）和氧化镁（MgO）作为无机功能填料,改善PEI基复合介质的高温储能性能。采用溶液流延法制备不同填料含量的PEI/BN、PEI/MgO复合介质。利用宽禁带无机填料与聚合物基体形成的界面势垒而引入电荷陷阱,进而降低高温电导损耗并改善储能性能。当施加410 MV/m电场和150℃条件下,MgO掺杂含量为5 wt%的复合介质的最大放电能量密度为2.77 J/cm~3,同时充放电效率保持在90%以上。通过引入无机势垒中间层而构筑具有三明治结构的PEI/势垒层/PEI复合介质。采用逐层溶液流延法制备了含有宽禁带无机绝缘层的PEI/BN/PEI、PEI/MgO/PEI复合介质。通过调控BN或MgO无机绝缘层厚度,发现无机绝缘中间层能够阻碍电荷在介质体内输运,显著降低高温电导损耗,提升储能性能。当施加510 MV/m电场和150℃条件下,PEI/MgO/PEI复合介质的最大放电能量密度达4.13 J/cm~3,且充放电效率高于90%。利用在PEI薄膜表面生长无机势垒层,抑制金属电极电荷注入,进而降低高温电导损耗。采用磁控溅射技术在PEI薄膜表面生长宽禁带二氧化硅（SiO2）势垒层,获得具有不同SiO2膜层厚度的SiO2/PEI/SiO2复合介质。在电极/介质界面生长SiO2薄膜能够提高电荷注入势垒,抑制高温电导损耗。当溅射时间为2小时,SiO2薄膜厚度约为125 nm,SiO2/PEI/SiO2复合介质的最大放电能量密度达2.96 J/cm~3,充放电效率保持在90%以上。
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