西安交大成永红教授课题组：非对称脂环胺-聚醚胺分子链结构提高高温聚合物薄膜电容的储能密度
有机薄膜电容因其超快的充放电速度、极高的功率密度、高工作电压、低损耗等特点，成为重要的功率型储能器件，在智能配网储能、直流输电、新能源汽车交直流变换等领域发挥了重要的作用。随着功率型电力电子设备运行负荷的不断增加以及小型化集成化的发展趋势，薄膜电容的运行温度将不断升高。开发高储能密度、高储能效率、高运行温度的有机薄膜电容对于进一步提高电网的稳定性和可靠性具有重要意义。围绕上述需求，国内外学者开展了大量的研究，尽管在性能方面取得了重要突破，不过受制于成本、加工性和稳定可靠性等因素，开发的高性能薄膜电容材料往往难以实现工业化应用。
针对上述问题，西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室成永红教授课题组从最常见的易加工、低成本的电介质材料环氧树脂出发，通过研究环氧树脂分子结构特征、宏观电场下极化机制及高温储能性能三者的影响作用机制，创新设计了非对称聚醚胺-脂环胺分子链结构，并基于目前工业应用最广泛的双酚A型环氧树脂合成了耐高温柔性环氧薄膜。该薄膜不仅成本低廉、耐热性能和机械性能优异，同时具备优异的储能性能。环氧薄膜在工作场强550 MV/m、储能效率90%下的储能密度达到了9.12 J/cm3，是目前已知纯聚合物薄膜在相同电场和储能效率下的储能密度最大值。经过充放电循环测试，证明该材料不仅能够在120℃下长期稳定运行，还具备优异的击穿自愈性能，确保其在工业应用中的稳定性和可靠性。
该研究工作以《非对称脂环胺-聚醚胺分子链结构提高高温聚合物薄膜电容的储能密度》（Asymmetric alicyclic amine-polyether amine molecular chain structure for improved energy storage density of high-temperature crosslinked polymer capacitor）为题，在线发表在国际化学工程领域顶级期刊《化学工程》（Chemical Engineering Journal）（实时影响因子10.06），该工作第一完成单位为西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心，博士生陈思宇为第一作者，孟国栋副教授、肖冰教授、吴广磊教授和成永红教授为共同通讯作者。
该项研究受到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等多个项目的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123662
来源：西安交通大学
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