面向儲能應(yīng)用的介質(zhì)材料特性研究.pdf

1、目前，在高儲能密度電容器中，儲能介質(zhì)普遍采用雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜。主要是因?yàn)槠鋼舸﹫鰪?qiáng)較高、介質(zhì)損耗較小并且為非極性材料。但是，目前聚丙烯的長期工作場強(qiáng)已經(jīng)接近其擊穿場強(qiáng)，雙向拉伸聚丙烯薄膜電容器儲能密度的進(jìn)一步提高受到其自身擊穿場強(qiáng)的限制。
　　為了提高脈沖功率用高儲能密度電容器的儲能密度，本文選取了無堿玻璃材料作為主要研究對象。主要以現(xiàn)有BOPP薄膜為參考系統(tǒng)，對無堿玻璃的電氣性能以及儲能特性開展研究，研究其應(yīng)用于高

2、儲能密度電容器的可行性。
　　首先研究了無堿玻璃和BOPP膜的擊穿特性，該種無堿玻璃的特征擊穿場強(qiáng)高達(dá)908 V/μm，相對介電常數(shù)在4.4-4.8之間；而BOPP的特征擊穿場強(qiáng)僅為638 V/μm，相對介電常數(shù)僅為1.9-2.2；無堿玻璃和BOPP的極限儲能密度分別為16.05 MJ/m3和4.77 MJ/m3，無堿玻璃要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚丙烯的極限儲能密度。
　　研究了無堿玻璃和 BOPP薄膜的體積電阻率和表面電阻率。研究表明，

3、常溫下（20℃）其體積電阻率和表面電阻率分別為8.46×1020Ω·cm和3.02×1015Ω，而聚丙烯的體積電阻率和表面電阻率分別為1×1018Ω·cm和1.0×1014Ω。相對于聚丙烯來說，無堿玻璃能夠大大減小沿面泄漏和體泄漏。
　　通過電滯回線比較研究了無堿玻璃和BOPP的儲能特性，研究結(jié)果表明：無堿玻璃和BOPP的有效儲能密度隨著電場強(qiáng)度的增加而增加；其放電效率隨著電場強(qiáng)度的增加而減小。當(dāng)電場強(qiáng)度為500V/μm時，無堿玻

4、璃的有效儲能密度為5.78 MJ/m3，而聚丙烯的有效儲能密度僅為2.58MJ/m3，無堿玻璃的有效儲能密度是聚丙烯有效儲能密度的2倍多。當(dāng)頻率為0.1-50Hz時，無堿玻璃和BOPP的放電效率都隨著頻率的增加而增加；在相同電場強(qiáng)度和頻率下，無堿玻璃的放電效率要高于聚丙烯的放電效率，隨著頻率的增加，兩種儲能介質(zhì)的放電效率的差距漸漸縮小。在50Hz時，無堿玻璃和聚丙烯的放電效率都在95％以上。
　　最后，研究了無堿玻璃單元在緩慢充電