耐高温电储能介电材料的制备与性能研究.ppt

1、目录,一、研究背景,新能源 新材料,风能 发电,太阳能 发电,电子,电机,混合动力汽车,1、储能器件发展概况,电池,电容器,2、电容器储能介电材料,传统陶瓷,击穿强度低； 储能密度低； 密度大、脆性大； 加工温度高等,聚合物,轻质、柔韧； 储能密度高； 击穿轻度高； 易于大规模制造； 化学结构调节性能,1、交变电场中的介电性质,介电性能,、 tan,极化、松弛现象,3、聚合物电介质与电性能,4、表面的静电摩擦现象等,本体电导性能,、 Eb,电导、击穿现象,2、弱电场中的电导性质或绝缘性,3、强电场中的电击穿,（电子极化、原子极化）,变形极化或诱导极化,取向极化,界面极化,由于界面两边的组分具有

2、不同的极性或电导率，在电场作用下将引起电荷在两相界面处聚集，从而产生极化。,4、电介质的极化,介电损耗,5、聚合物介电性能温度依赖性,在特殊场合的应用受到限制,寻找耐高温的宽频储能材料,6、普通聚合物介电材料,二、文献综述,1965年 Pohl、Rosen和Hartman 制备了多省醌自由基（PARQ）聚合物，介电常数240000,Theodore Goodson, The Journal of Physical ChemistryB, 2006, 110: 14667-14672.,热分解温度380 介电常数k48 介电损耗tan0.01,1、共轭聚合物的介电性能研究,宽频（102106Hz

3、） 240保持稳定,Qing Wang, et al, Applied Materials and Interfaces, 2010, 2(5): 1286-1289.,聚杂萘联苯醚酮（PPEK）,PBO：,防弹衣,航天航空,体育器材,防火服,工业器材,2、PBO聚合物,聚亚苯基苯并二噁唑 刚棒状高分子,调节介电常数和介电损耗，击穿强度 1、PBO的结构改性（调节主链共轭程度、 主链引入功能基团） 2、引入石墨烯等纳米导电填料,复合介电材料,聚合物,导电填料（金属、炭黑、碳纳米管）,3、石墨烯结构与特性,电子的运动速度达到光速的1/300 石墨烯的拉伸模量(1.01 TPa)和极限强度(116

4、 GPa)与单壁碳纳米管(SWCNT)相当 单层的石墨烯为肉眼所见的透明材料，透光率可达97.7% 石墨烯还兼具有质轻、比表面积大(2600 m2/g)等特点,微机械剥离法 化学气相沉积法（Ni） 真空外延生长法（SiC） 化学氧化还原法,4、石墨烯制备方法,氧化石墨能够稳定分散在中性或碱性条件的水及极性溶剂（如DMF、NMP）中，而在酸性介质中已沉淀的形式存在。增加石墨烯在各种不同溶剂（特别是酸性介质）中的分散性亟待解决。,芘丁酸琥珀酰亚胺酯能够通过共轭吸附在石墨烯表面。,共轭高分子磺化聚苯胺功能化的石墨烯能够溶于水，有很好的空气稳定性和电化学活性。,Y. X. Xu, H. Bai, et

5、 al, J. Am. Chem. Soc.,2008, 130, 5856,H. Bai, et al,Chem. Commun., 2009,1667.,5、石墨烯非共价键功能化,基于环氧基团的反应,Huafeng Yang et al. Chem Commun. 2009(26): 3880-3882,Huafeng Yang, et al. J Mater Chem. 2009,19: 4632-4638,6、石墨烯共价键功能化,氧化石墨羧基的衍生反应,基于羧基的反应,6、石墨烯共价键功能化,三、技术路线,Graphene 电学性能好 力学性能优,PBO 高强，高模，耐高温， 环境稳定

6、性,PBO 石墨烯复合材料,耐高温性能 导热率 热分解温度,介电性能 介电常数 介电损耗 击穿电压,1、PBO聚合的制备,其他聚合物的合成,2、石墨烯的制备及改性,石墨烯酰氯化,2、石墨烯的制备及改性,石墨烯接枝聚合物,GO-PAOH,紫外吸收光谱,3、溶液共混法制备复合材料,GO-PAOH/MSA,PBO/MSA,混合、制膜、洗涤,GO-PAOH/PBO,热处理,GNs/PBO,4、原位聚合法制备复合材料,四、实验进展, PBO基体的制备及相关表征 石墨烯的制备与聚合物改性 改性石墨烯的表征 溶液共混法制备复合材料 复合材料的表征 原位聚合法制备复合材料 复合材料的表征,1、设想,PBO低介电常数的原因,1、高共轭链段的刚棒结构影响了分子链的柔顺性，影响了偶极的取向； 2、偶极在主链上，不易取向；,1、提高主链的柔顺性 2、提高偶极的取向能力,1、主链只含有C-C键，提高链段活动能力 2、偶极只在侧链上，提高偶极的取向能力,制备侧链含苯并噁唑基团的柔性聚合物,2、支链含噁唑基团聚合物及石墨烯复合材料的制备,线路1,线路2,2、支链含噁唑基团聚合物及石墨烯复合材料的制备,2、支链含